Ein nicht-chirurgisches Hirnimplantat, das durch eine Zell-Elektronik-Hybridlösung für die fokale Neuromodulation ermöglicht wird.
Bioelectronic implants for brain stimulation are used to treat brain disorders but require invasive surgery. To provide a noninvasive alternative, we report nonsurgical implants consisting of immune cell–electronics hybrids, an approach we call Circulatronics. The devices can be delivered intravenously and traffic autonomously to regions of inflammation in the brain, where they implant and enable neuromodulation, circumventing the need for surgery. To achieve suitable electronics, we designed and built subcellular-sized, wireless, photovoltaic electronic devices that harvest optical energy with high power conversion efficiency. In mice, we demonstrate nonsurgical implantation in an inflamed brain region, as an example of therapeutic target for several neural diseases, by employing monocytes as cells, covalently attaching them to the subcellular-sized, wireless, photovoltaic electronic devices and administering the resulting hybrids intravenously. We also demonstrate neural stimulation with 30-µm precision around the inflamed region. Thus, by fusing electronic functionality with the biological transport and targeting capabilities of living cells, this technology can form the foundation for autonomously implanting bioelectronics.
Bioelektronische Implantate zur Hirnstimulation werden zur Behandlung von Hirnerkrankungen eingesetzt, erfordern jedoch invasive chirurgische Eingriffe. Als nicht-invasive Alternative stellen wir nicht-chirurgische Implantate vor, die aus Hybriden aus Immunzellen und Elektronik bestehen – ein Ansatz, den wir als „Circulatronics“ bezeichnen. Die Geräte können intravenös verabreicht werden und gelangen autonom zu den entzündeten Bereichen im Gehirn, wo sie sich implantieren und eine Neuromodulation ermöglichen, sodass keine Operation erforderlich ist. Um geeignete Elektronik zu erhalten, haben wir subzelluläre, drahtlose, photovoltaische elektronische Geräte entwickelt und gebaut, die optische Energie mit hoher Energieumwandlungseffizienz gewinnen. An Mäusen demonstrieren wir die nicht-chirurgische Implantation in einer entzündeten Hirnregion als Beispiel für ein therapeutisches Ziel für verschiedene neuronale Erkrankungen, indem wir Monozyten als Zellen verwenden, diese kovalent an die subzellulären, drahtlosen, photovoltaischen elektronischen Geräte binden und die resultierenden Hybride intravenös verabreichen. Außerdem demonstrieren wir eine neuronale Stimulation mit einer Genauigkeit von 30 µm um die entzündete Region herum. Durch die Verschmelzung elektronischer Funktionalität mit den biologischen Transport- und Zielfähigkeiten lebender Zellen kann diese Technologie somit die Grundlage für die autonome Implantation von Bioelektronik bilden.