Implantierbare neuronale Schnittstelle für Cochlea-Implantate

Einsatz der Lasertechnologie von LPKF leitet neue Ära bei medizinischen Implantaten ein

Ein Cochlea-Implantat ist ein elektronisches Medizinprodukt, das chirurgisch implantiert wird und Menschen mit Gehörschäden eine Hörfähigkeit verleiht. Die Technik an sich ist bereits seit einigen Jahrzehnten verfügbar und hat bisher etwa 700.000 Menschen zum Hören verholfen bzw. deren Hörsinn wiederhergestellt. Weltweit sind jedoch weitere 460 Millionen Menschen von Hörverlust betroffen. Jedes Jahr werden über 60.000 Cochlea-Implantate verkauft. Allein in Indien und China kommen jedoch jährlich mindestens 60.000 Kinder gehörlos zur Welt. Die Kosten pro Gerät liegen zwischen 17.000 und 24.000 Euro, denn das Mikroelektroden-Array, welches in die Cochlea implantiert wird, wird manuell hergestellt und eingesetzt.

Um den weltweiten Mangel an Cochlea-Implantaten zu beheben, wurde das südkoreanische Start-up TODOC gegründet. Das Unternehmen hat es sich zur Aufgabe gemacht, mithilfe eines Ultrakurzpuls-Lasersystems, dem LPKF ProtoLaser R, maschinell herstellbare Cochlea-Elektroden-Arrays zu entwickeln.

Ein herkömmliches Cochlea-Elektroden-Array besteht aus 16 bis 22 Elektrodenkontakten aus einer Platinlegierung und Leitungen, die in medizinischem Silikon eingebettet sind. Die maximalen Abmessungen liegen bei 0,4 mm bis 0,8 mm im Durchmesser und 20 mm in der Länge.

Mit der genannten Anzahl von Elektroden und Leitungen wurde vor 20 Jahren ein bahnbrechender, neuer Standard gesetzt. Seitdem gab vielfältige Versuche, das Cochlea-Elektroden-Array mithilfe eines Halbleiter-Herstellungsprozesses zu fertigen. Leider sind jedoch das Grundmaterial und der für die Halbleiter geeignete Prozess nicht biologisch verträglich.

Das Unternehmen TODOC wurde 2015 gegründet und setzte ab 2016 den LPKF ProtoLaser U3 sowie zwei Jahre später das Ultrakurzpuls-Lasersystem LPKF ProtoLaser R ein, um Mikrostrukturen auf einer Folie aus einer Platinlegierung herzustellen. Dank dieser Lasersysteme ist es TODOC nun gelungen, sogar 32 Kanäle auf der biokompatiblen Legierung unterzubringen. Die Herstellung wurde so weit wie möglich automatisiert. So lassen sich nun alle 32 Kanäle in einem Durchgang herstellen.

Kyou Sik Min, Eigentümer und Gründer von TODOC, und seine Kollegen haben auf der Platinfolie Linien mit einer Breite von 16 µm in einem Abstand von 32 µm strukturiert und Kontakte sowie Anschlussleitungen für 32 Kanäle in nur einem Prozessschritt integriert – anstatt Elektroden für 22 Kanäle manuell herzustellen. Für das fertige Elektroden-Array sind nur noch einzelne Prozessschritte zum Verkapseln der Kontakte und Leitungen notwendig. Mit diesem Fertigungsprozess hat TODOC das erste kommerziell verfügbare Cochlea-Elektroden-Array mit 32 Kanälen entwickelt und auf den Markt gebracht.

Das neue System wurde 2021 zunächst auf dem südkoreanischen Markt 2021 eingeführt. Nun plant TODOC den weltweiten Ausbau seines Vertriebsnetzes. Das Unternehmen strebt an, Cochlea-Implantationsoperationen auch für Menschen in Entwicklungsländern verfügbar zu machen, die aufgrund des gegenwärtigen Missverhältnisses aus Angebot und Nachfrage im heutigen Marktumfeld keine Cochlea-Implantate erhalten können. Ziel ist es, Menschen auf allen Kontinenten helfen zu können – ohne Beschränkungen allein aufgrund der Kosten.

Ein wissenschaftlicher Bericht zu diesem Thema mit dem Titel „Manufacturable 32-Channel Cochlear Electrode Array and Preliminary Assessment of Its Feasibility for Clinical Use“ („Maschinell herstellbares Cochlea-Elektroden-Array mit 32 Kanälen und vorläufige Machbarkeitsbewertung für die klinische Anwendung“) ist auf der folgenden Website unter dem Punkt „Publikationen und Referenzen“ verfügbar: https://www.lpkf.com/de/branchen-technologien/research-inhouse-pcb-prototyping/medical-research.