Lead
Erforschung neuronaler Netzwerke durch einerseits Technologieentwicklung und andereseits die Verwendung neuer neuronaler Modellsysteme (Neuronen, die aus humanen induzierten Stammzellen hergestellt wurden).

Lay summary

Die Motivation des Projektes resultiert aus der Tatsache, dass die elektrischen Signale von Neuronen einerseits aus Aktionspotentialen mit relativ grosser Amplitude bestehen, die mit Mikroelektrodenanordnungen gemessen werden können, und andererseits aber auch schwächere, sogenannte «Subthreshold» Signale einschliessen, die eine sehr geringe Amplitude haben und mit solchen Mikroelektrodenanordnungen ausserhalb des Neurons nicht erfassbar sind.

Das Projekt umfasst daher einerseits die Entwicklung von Technologien, um solche «Subthreshold» Signale zu messen und andererseits die Entwicklung und Verwendung neuer neuronaler Modellsysteme, nämlich von Neuronen, die aus humanen induzierten Stammzellen hergestellt wurden. Dazu werden entweder menschliches Blut oder Hautzellen verwendet.

Die Technologieentwicklung umfasst geeignete Mikro- und Nanoelektrodenstrukturen, die extra- und intrazelluläre Messungen erlauben, im Idealfall einfach herzustellende dendritische Platinschwarz-Abscheidungen auf sehr kleinen Elektroden. Alternativen sind Nanonadeln, Nanoröhrchen oder pilzähnliche Mikrostrukturen. Die Charakterisierung der Neuronen aus humanen induzierten Stammzellen schliesst die Aufzeichnung und Analyse elektrischer Signale über mehrere Ebenen, von neuronalen Netzwerken zu Signaldetails individueller Neuronen und sogar von Zellkompartimenten (Soma, Axon, Dendriten) ein. Die entsprechenden neuronalen Zellsysteme sind von gesunden und kranken Spendern verfügbar, so dass auch krankheitsbedingte Veränderungen charakterisiert werden können.

Potentielle Anwendungen der entwickelten Technologie und Modellsysteme sind die Erforschung neuronaler und neurodegenerativer Krankheiten, das Testen potentieller Medikamente für solche Krankheiten sowie Anwendungen in der personalisierten Medizin.