OLED-Plattform für Photobiomodulation und Detektion neuronaler Aktivität

• Antragstellerin: Dr. Sabina Hillebrandt
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564757674

Das Ziel dieses Projekts besteht darin, das Potenzial der OLED-Technologie in Neurosonden umfassend zu untersuchen, um langfristig eine innovative Therapie basierend auf Photobiomodulation (PBM) und daraus resultierender Neuroprotektion für die Behandlung neurodegenerativer Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit (PK) zu finden. Dazu werden NIR OLEDs auf flexiblen, implantierbaren Neurosonden integriert, um deren Eignung für die PBM von Neuronen sowohl in vitro als auch in vivo zu testen und zu optimieren. Im Zusammenspiel mit OLED-OPD-Detektoren entsteht so eine Plattform, um ebenfalls neuronale Aktivität zu untersuchen und mit dem Erhalt der Neuronen durch PBM zu korrelieren. Das Arbeitsprogramm ist so gestaltet, dass es auf die Untersuchung von drei zentralen Hypothesen abzielt. Die erste Hypothese lautet, dass NIR OLEDs sowie OLED/OPD-Detektoren geeignet sind, einerseits PBM zu induzieren und andererseits neuronale Aktivität zu detektieren. Innerhalb dieser Hypothese wird untersucht, ob die Plattform, die OLED/OPD-Detektoren im sichtbaren Wellenlängenbereich verwendet, die Überwachung neuronaler Aktivität mit bereits etablierten Einzelkomponenten in vitro und in vivo ermöglicht. Weiterhin wird geprüft, ob NIR OLEDs eine ausreichende Leistungsdichte für die PBM in Neuronen erreichen können. Spezifisch sollen NIR OLEDs mit Emissionsmaxima bei 820 nm und über 950 nm entwickelt werden, die eine Leistungsdichte von mindestens 0,1 mW/mm² aufweisen. Die zweite Hypothese befasst sich mit der Miniaturisierung der Bauteile auf der Mikrometerskala und deren Potenzial, eine minimalinvasive optische Gehirn-Maschine-Schnittstelle zu ermöglichen. Hierbei wird getestet, ob die Reduktion der Implantatgröße von Millimeter- auf Mikrometerskala die mechanische Stabilität und Funktionalität der Neurosonde und ihrer Komponenten bewahrt. Gleichzeitig wird untersucht, ob die miniaturisierte Neurosonde auch unter Bedingungen erhöhter Temperatur und Feuchtigkeit im Organismus langfristig einsetzbar ist. Die dritte Hypothese geht davon aus, dass PBM mit NIR OLEDs neuroprotektive Effekte auf dopaminerge Neuronen mit induzierter PK erzielen kann. Dies umfasst die Optimierung der PBM-Parameter – wie Wellenlänge, Leistungsdichte und Frequenz – in vitro mithilfe der Kombination von PBM und Kalziumbildgebung (OLED/OPD-Detektor), um den maximalen neuroprotektiven Effekt zu erreichen. Darüber hinaus sollen im PK-Mausmodell messbare Effekte der PBM auf die Hämodynamik und somit neuronale Aktivität ebenfalls mittels OLED/OPD-Detektor beobachtet werden, die auf eine Neuroprotektion hindeuten. Abschließend wird geprüft, ob die bidirektionale Neurosonde erfolgreich im Mausmodell eingesetzt werden kann, ohne die neuronale Aktivität oder die Gewebefunktion signifikant zu beeinträchtigen. Durch die systematische Bearbeitung dieser Hypothesen wird ein bedeutender Schritt in Richtung der Entwicklung einer neuartigen, minimalinvasiven Behandlungsmethode für die PK unternommen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan
• Kooperationspartner: Professor Dr. Chihaya Adachi
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Martin Fuhrmann; Professor Dr. Malte Gather; Professor Dr. Klaus Meerholz