Neues SWANS-System lässt Implantate über Körpergewebe kommunizieren

Ein Forschungsteam hat ein Kommunikationssystem für medizinische Implantate entwickelt, das nicht auf klassische Funktechnik setzt, sondern die elektrische Leitfähigkeit des menschlichen Körpergewebes selbst nutzt. Das System mit dem Namen SWANS könnte die Art verändern, wie winzige Sensoren im Körper Daten austauschen und Therapien steuern.

Wie SWANS funktioniert

Herkömmliche Funktechniken wie Bluetooth und NFC können nur eingeschränkt Funksignale durch menschliches Gewebe transportieren, so eine Einordnung von Heise Online. Genau hier setzt SWANS an: Das System nutzt die natürliche Ionenleitfähigkeit des Körpergewebes, um zwischen Implantaten im Körper und Geräten außerhalb des Körpers zu kommunizieren. Statt Antennen und aufwendiger Sendetechnik verbaut zu müssen, reicht die elektrische Eigenschaft des Gewebes selbst als Übertragungsmedium.

In Tests an Ratten erreichten die Implantate eine mehr als zehnfache Kommunikationsabdeckung im Gewebe im Vergleich zu Bluetooth. Die getesteten Implantate sind kleiner als 3 Millimeter, lassen sich per Spritze einsetzen und bestehen ausschließlich aus passiven elektronischen Bauteilen. Diese Bauweise spart nicht nur Platz, sondern auch Energie: Ein Implantat-Aktor, der einmal täglich ausgelöst wird, kann laut den Forschern etwa ein Jahr lang ohne Energieersatz durchhalten. Der passive Empfänger benötigt im Bereitschaftszustand praktisch keinen Strom.

Warum das ein Problem lösen könnte

Bisherige implantierbare Sensoren erforderten Antennen und Funktechnik, die viel Platz und Energie kosten und Implantate dadurch größer machen. Die Energieversorgung galt bislang als größte Herausforderung der Branche, denn Batterien haben bei Langzeitimplantaten eine begrenzte Lebensdauer, während radiofrequenz- und induktive Systeme in ihrer Reichweite limitiert sind. Ein System, das die Kommunikationselektronik durch Nutzung ionischer Leitfähigkeit statt drahtlosen Funksignalen sehr klein hält, könnte diese Einschränkungen umgehen.

Einordnung in die bestehende Sensorlandschaft

SWANS reiht sich in eine Reihe von Entwicklungen ein, die implantierbare Medizinelektronik immer kleiner und energieeffizienter machen. STMicroelectronics hat mit dem MIS2DU12 bereits den kleinsten MEMS-Beschleunigungssensor für medizinische Implantate vorgestellt, mit Abmessungen von nur 2,0 mal 2,0 mal 0,74 Millimetern. Implantierbare Glukosesensoren, etwa von Senseonics, messen kontinuierlich bis zu sechs Monate lang den Glukosewert in der Zwischenzellflüssigkeit und übertragen die Daten drahtlos an externe Geräte. Auch implantierbare EEG-Systeme zur dauerhaften Überwachung der Gehirnaktivität sollen künftig zur Epilepsieprävention beitragen.

Darüber hinaus entwickelt sich die sogenannte bioelektronische Medizin weiter, bei der Therapien über elektrische Nervenstimulation gesteuert werden, etwa bei Bluthochdruck, Diabetes, Arthritis oder Asthma. Ein System wie SWANS könnte solche Ansätze künftig ergänzen, indem es mehrere Implantate und externe Wearables in einem gemeinsamen Netzwerk verbindet, ohne dass jedes einzelne Bauteil eine eigene Funkantenne benötigt.

Offene Fragen bleiben

Wie lange die Feldtests mit dem SWANS-System noch dauern und wann eine klinische Anwendung am Menschen geplant ist, ist derzeit nicht bekannt. Auch die Frage, wie sicher vernetzte Implantate gegen Cyber-Attacken abgesichert werden können und welche Sicherheitsprotokolle dafür vorgesehen sind, ist bislang offen. Die zunehmende Vernetzung medizinischer Geräte wirft ähnliche Sicherheitsfragen auf wie sie bereits bei anderen vernetzten Systemen diskutiert werden, etwa wenn es um KI-Systeme entgleiten der Kontrolle geht. Ebenso ungeklärt sind die regulatorischen Hürden und Zulassungsprozesse, die implantierbare Ionenleitfähigkeits-Systeme noch durchlaufen müssen, bevor sie in der breiten medizinischen Praxis ankommen können.