Nicht-invasive transkutane piezoelektrische Muskelstimulation

• Antragstellerinnen: Professorin Dr.-Ing. Birgit Glasmacher; Dr. Doha Obed
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543397401

Das im Folgenden beschriebene Forschungsprojekt ist für die Rehabilitation von Patient*innen nach traumatischen Verletzungen von Nerven der oberen und unteren Extremität von Interesse. Hierzu zählen vornehmlich traumatische Amputationsverletzungen aber auch Verletzungen der Nevengeflechte und des Rückenmarks. Nach einer Durchtrennung von Nervenfasern kommt es zu einem Absterben von Nervenfaseranteilen. Neben den Sensibilitätsausfällen aus den betroffenen Körperregionen kommt es auch zu einem Ausfall und Lähmung der jeweiligen Muskelfunktion, da das elektrische Signal nicht mehr an den Zielort, die neuromuskuläre Endplatte am Muskel, übertragen werden kann. Im Falle einfacher Nervenverletzungen kann operativ eine Wiederherstellung des Nervs erfolgen. Diese Möglichkeit besteht bei direkten Verletzungen des Rückenmarks nicht. In allen Fällen ist das Ziel die Wiederherstellung der Kontinuität des Nervens zu seinem Zielgebiet. Aufgrund der Nervendegeneration ist damit die Nervenfunktion jedoch nicht wiederhergestellt. Die Nervenfasern müssen die gesamte Strecke ab der Durchtrennung bis zum jeweiligen Zielmuskel nachwachsen. Dies kann mehrere Monate in Anspruch nehmen. In dieser Zeit verlieren viele der jeweiligen Muskeln ihre Funktion, da der elektrische Nervenimpuls fehlt. Daraus resultieren wiederum die eingeschränkten funktionellen Langzeitergebnisse, die umso schlechter sind, je rückenmarksnaher die Verletzungen sind. Ziel des beantragten Projektes ist die Erforschung eines neuartigen magnetischen piezoelektri- schen Faservlies, das durch Anlegen eines externen magnetischen Feldes eine Muskelstimulation durch die Haut erlaubt. Zur Erreichung des Projektziels liegt der Schwerpunkt zunächst auf der Herstellung eines flexiblen Faservlies aus PVDF mit Hilfe des Elektrospinn-Verfahrens für die Muskelstimulation. Hierbei muss eine optimale Festigkeit der Faservliese erreicht werden, die die Implantation erleichtert und die Interaktion mit dem Muskelgewebe begünstigt. Für eine gezielte Deformation der Faservliese sollen diese funktionalisiert werden, wodurch eine Auslenkung innerhalb eines magnetischen Feldes ermöglicht wird. Die Deformation soll darauf aufbauend einen elektrischen Strom von mindestens 20 μA erzeugen, der den Muskel stimulieren kann. Für den Nachweis der Funktionalität der Faservliese werden insbesondere zur Reduktion notwendiger Tierversuche und möglichen Tierleids zunächst Kadavermodelle verwendet. Die Muskelkontraktilität der euthanasierten Tiere ist dabei weiterhin gegeben. Hierbei wird zusätzlich zur Funktionalität auch die Biokompatibilität untersucht. Die Degradation und damit Langzeitfunktionalität wird sowohl in vitro als auch an Explantaten untersucht. Darauf aufbauend erfolgt ein Abgleich der möglichen Degradation der implantierten Faservliese mit zeitgleich stattgefundenen Degradationsversuchen. Abschließend folgt ein in-vivo-Tierversuch zum Nachweis der transkutanen Muskelstimulation lebender Muskeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen