Wearables en minuscule implantaten kunnen met elkaar ‘praten’ via de ionische geleiding van ons eigen weefsel.

Stel je voor. Een sensor in je knie meet de eerste zwelling van artrose en seint via je spierweefsel naar een implantaat bij je ruggenmerg, dat de pijn direct uitschakelt. Of een miniatuursensor in je darmen die een ontsteking opmerkt en ter plekke een dosis ontstekingsremmer laat vrijkomen.

Momenteel kunnen medische implantaten nog niet zo slim met elkaar praten. Maar ingenieurs van het Georgia Institute of Technology brengen daar verandering in: in het vakblad Science laten ze zien hoe dit toekomstscenario werkelijkheid kan worden.

Lees ook:

• Dit implantaatje ‘praat’ met het brein via lichtsignalen
• Nieuw type implantaat redt drugsverslaafden van overdosis
• Dit ruggengraatimplantaat verhelpt verlamming

Geleidingskabel

Ons lichaam is slecht in het doorlaten van draadloze signalen als Bluetooth of NFC. Dat beperkt de manier waarop implantaten en wearables (meetinstrumentjes die je op de huid draagt) kunnen samenwerken. Ook zijn er grote antennes en nogal wat batterijkracht voor nodig.

Het nieuwe Smart Wireless Autonomous Networking System (SWANS) omzeilt dat probleem door slim gebruik te maken van de natuurlijke ionische geleidbaarheid van ons lichaam. Omdat ons weefsel vol zit met water en opgeloste zouten (ionen), werkt ons eigen vocht namelijk als een perfecte geleidingskabel.

Medicijn of stimulatie

Dat gaat als volgt. Elk implantaat of wearable is zo geprogrammeerd dat het alleen reageert op elektrische pulsen van een specifieke spanning en duur. Zodra zo’n signaal via de lichaamszouten bij het juiste apparaatje aankomt, schiet het pas in actie.

De signalen van meerdere sensoren kunnen ook worden gecombineerd en ‘opgeteld’. Ook die kunnen een specifieke reactie triggeren, zoals het vrijlaten van een medicijn of het stimuleren van een zenuw.

Lopende rat

Onderzoeksleider Alex Abramson en zijn team testten de techniek bij een rat. Sensoren op de voorpoten van het dier maten de voorwaartse beweging, waarna het signaal via de ‘lichaams-wifi’ naar een implantaat in een achterpoot ging. Dat implantaat stimuleerde vervolgens de spieren in de achterpoot, waardoor de natuurlijke looppassen van de rat werden nagebootst.

Omdat SWANS maar weinig batterijkracht nodig heeft, kunnen de implantaten veel kleiner worden: zo’n 3 millimeter. Dat is klein genoeg om ze simpelweg via een naald in te brengen, waardoor een grote operatie niet meer nodig is. Bovendien houdt zo’n mini-implantaat het enorm lang uit: bij een gebruik van één keer per dag hoeft het pas na een jaar te worden vervangen.

Littekenvorming?

Elektrische signaaltjes door je eigen lijf sturen klinkt misschien spannend, maar schadelijk is het volgens de onderzoekers niet. Uit veiligheidstesten bleek dat de elektrische signalen geen cellen beschadigen, het weefsel niet opwarmen en het eigen zenuwstelsel niet per ongeluk prikkelen.

Bovendien zijn de stroomniveaus zo laag dat je er als patiënt helemaal niets van voelt. Het enige openstaande vraagteken is de mogelijkheid van littekenvorming rondom de implantaten. Vervolgonderzoek moet uitwijzen of de minuscule stroompjes daar na een paar jaar nog altijd even moeiteloos doorheen komen.

Bronnen: Science, Georgia Institute of Technology via EurekAlert!