Forschende des Universitätsklinikums Bonn und der Universität Bonn rekonstruieren neuronale Netzwerke im Labor und erforschen neue Mechanismen der Signalübertragung im Gehirn. Dazu haben sie gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen der Universität Münster und der Harvard Medical School eine innovative Plattform entwickelt, mit der sich die Funktion neuronaler Netzwerke gezielt untersuchen lässt. Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift ACS Nano veröffentlicht.

Die Methode mit dem Namen Single-Neuron Network Assembly Platform (SNAP) ermöglicht es, Nervenzellen mit Einzelzellpräzision zu positionieren und ihre elektrischen Signale zu untersuchen. Damit eröffnet sich ein völlig neuer Zugang zur Erforschung fundamentaler Prozesse des Gehirns – und potenziell auch von Erkrankungen wie Epilepsie oder Herzrhythmusstörungen.

Bisher beruhen in-vitro-Modelle des Gehirns häufig auf zufällig entstehenden Zellverbindungen, was ihre Reproduzierbarkeit stark einschränkt. Das SNAP-Verfahren hingegen kombiniert 3D-gedruckte mikrofluidische Kanäle mit modernster Laser- und Softlithografietechnologie. Die einzelnen Zellen werden dabei mit mikroskopischer Präzision mithilfe einer Mikropipette und eines Mikromanipulators in den Kanälen positioniert. Auch das Axonwachstum der Nervenzellen lässt sich gezielt steuern, sodass klar definierte und reproduzierbare neuronale Netzwerke entstehen. So lassen sich Neuronen exakt positionieren und elektrische Aktivitäten präzise messen.

Die Plattform erlaubt die Integration verschiedener Zelltypen und die präzise Beobachtung einzelner Neuronen, einschließlich optogenetischer Stimulation. Sie kann sowohl für grundlegende Untersuchungen der Informationsverarbeitung im Gehirn als auch zur Modellierung krankheitsspezifischer Veränderungen eingesetzt werden.

Langfristig könnte SNAP damit auch in der Wirkstoffforschung oder bei der Entwicklung von funktionellen Krankheitsmodellen Anwendung finden. Durch ihre hohe Sensitivität gegenüber synaptischen Antagonisten eignet sich die Methode besonders für die Analyse neuroaktiver Substanzen.

Original Paper:

Reproducible Human Neural Circuits Printed with Single-Cell Precision Reveal the Functional Roles of Ephaptic Coupling | ACS Nano

Editor: X-Press Journalistenbüro GbR

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