Lead
Gehirnimplantate finden immer häufiger Anwendung in der Medizin, um neurodegenerative Erkrankungen, wie z.B. die Parkinson-Krankheit, zu behandeln. Das Gehirnimplantat soll dabei lokal helfen Nervenzellen zu stimulieren und somit Krankheitssymptome lindern. Das Platzieren eines Gehirnimplantates ist jedoch ein medizinisch invasives Verfahren, wobei lokales Nervengewebe mechanisch beeinflusst wird. Als Folge kann es zur Anreicherung von nicht-neuronalen Zellen (Astrocyten), zur Vernarben und zur lokalen Degeneration von neuronalen Verbindungen um das Implantat herum kommen. Eine Möglichkeit, beschädigte neuronale Verbindungen wieder herzustellen, zielt darauf ab, Nanopartikel an das Ende von Nervenfasern zu koppeln und diese durch magnetische Kräfte wieder aneinander zu führen. Dieser Ansatz eröffnet Fragen, wie z. B. wie stark dürfen Nanopartikel an Nervenfasern ziehen, wie können wir diese Kräfte kontrollieren, und welchen Einfluss haben Nanopartikel auf die Funktion von Gehirnzellen.

Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es quantitativ mechanische Kräfte zu bestimmen, die das Wiederherstellen von neuronalen Verbindungen ermöglichen sollen. Das Projekt beinhaltet daher folgende Teile: (i) Neuronale Zellen sollen in einem Petrischalen-basierten Zellkultursystem parallel Nanopartikel induzierten mechanischen Kräften ausgesetzt werden. (ii) Die Komplexität des Gehirngewebes soll entweder durch strukturierte Co-Kulturen mit nichtneuronalen Zellen oder (iii) durch dreidimensionale Kulturverfahren imitiert werden. Es wird dabei im Vordergrund stehen wie Neuronen in unterschiedlichen Zellumgebungen auf die gleichen mechanischen Kräfte reagieren. Es werden Mikro- und Nanotechnik-basierte Zellanordungsverfahren zum Einsatz kommen, die bereits ermöglichen mehrere Parameter zeitgleich zu analysieren.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Von unseren Ergebnissen erhoffen wir uns eine bessere Vorstellung der zellulären Reaktion von Nervenzellen auf mechanische Kräfte zu erhalten. Die Ergebnisse werden daher Neuro-Chirurgen und Neuro-Ingenieuren zugutekommen, die sich um die Verbesserung der Gehirn und Elektroden Schnittstelle bemühen. Langfristig würden unsere wissenschaftlichen Daten es ermöglichen das Risiko bei Gehirnoperationen und die Nachteile von Gehirnimplantantseinsetzen, bei z. B. Patienten mit der Parkinsons-Krankheit, verringern.