Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stammzellchip: Neues Diagnoseverfahren

14.12.2009
Mit einem neu entwickelten bio-elektronischen Verfahren liefern Düsseldorfer Wissenschaftler um den Mediziner Marcel Dihné und den Physiker Stephan Theiss ein Diagnoseinstrument auf der Basis außerhalb des Körpers gezüchteter und elektrisch aktiver Nervenzellen.

Die Forscher zeigen die Leistungsfähigkeit des Neurochips am Beispiel des Nervenwassers und weisen damit erstmals dessen Einfluss auf Bewusstseinstrübungen bzw. kognitive Defizite bei Patienten nach einem durchlaufenen Schädel-Hirn-Trauma nach. Der Clou: der Neurochip entstand auf der Grundlage embryonaler Stammzelltechnologie.

In dem an der Universitätsklinik Düsseldorf entwickelten Verfahren, werden erstmals Nervenzellpopulationen, die aus embryonalen Stammzellen der Maus unter Laborbedingungen entwickelt wurden, auf Elektrodenfeldern (Dünnschichtleiterstrukturen) gezüchtet. Diese bio-elektronischen "Zwitter" oder Neurochips erlauben es, die elektrische Aktivität miteinander vernetzter Nervenzellen zu erfassen und computergestützt zu analysieren.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass diese In-vitro-Technologie für Nervenzellen zukünftig schädliche oder giftige Substanzen oder solche, die stoffwechselbedingte Störungen der Gehirnfunktion verursachen, charakterisieren kann und so neue therapeutische Ansätze aufzeigt. Die Übertragung dieser Technologie vom zunächst benutzten Mausmodell auf humane Stammzellen wird die Präzision der Ergebnisse künftig weiter erhöhen.

Die Nervenzellpopulationen, aus Embryonalen Stammzellen der Maus, zeigten schon nach wenigen Wochen die für neuronale Netzwerke typische, über die gesamte Nervenzellpopulation hinweg synchrone Aktivität. Dies ist Ausdruck der Kommunikation mehrerer Tausend Nervenzellen auf dem einzelnen Chip. Die Wissenschaftler erzeugen damit erstmals grundlegende Eigenschaften von Gehirnaktivität in einem aus unreifen Embryonalen Stammzellen entwickelten Zellkultursystem.

Aus diesem Schritt ergeben sich völlig neue Anwendungsgebiete der Embryonalen Stammzellen. Die Forscher haben ein Diagnoseinstrument entwickelt, das den rein regenerativen Ansatz der Verwendung von Stammzellen, zum bei einer Zellersatztherapie nach Schlaganfall, ergänzt. Durch den angestrebten Transfer dieser Technologie auf humane Zellen wird die ethische Problematik der Verwendung humaner Embryonaler Stammzellen völlig vermieden. Die Zellen werden zum einen aus der menschlichen Haut gewonnen und zum anderen, im Rahmen der hier beschriebenen Anwendung als Diagnosesystem, nicht in einen lebenden Organismus eingebracht.

Die Leistungsfähigkeit dieser Methode wurde demonstriert, indem bislang völlig unbekannte funktionelle Auswirkungen von Nervenwasser auf neuronale Netzwerke charakterisiert werden konnten. Nervenwasser umgibt das Gehirn wie eine Schutzhülle. Es ist auch in den inneren Gehirnkammern sowie im Rückenmarkkanal zu finden und wird routinemäßig mittels einer so genannten Lumbalpunktion zur Diagnostik neurologischer Erkrankungen entnommen. Es zeigte sich, dass Nervenwasser, das von schwer betroffenen Schädel-Hirn-Trauma Patienten stammte, im Gegensatz zu Proben von gesunden Kontroll-Patienten, die typischen Aktivitätsmuster der eingesetzten Nervenzellen erheblich unterdrückt.

Das Team um Dihné und Theiss fand Hinweise, dass Aminosäuren wie Glycin, Alanin, Serin oder Glutamat, deren Konzentrationen im Nervenwasser nach einem Schädel-Hirn-Trauma erhöht sind, an dieser funktionellen Hemmung beteiligt sind. Die klinisch-neurologische Bedeutung dieser Ergebnisse wird untermauert durch die Tatsache, dass das Ausmaß der Aktivitätshemmung der Nervenzellen durch die Nervenwasserproben von Schädel-Hirn-Trauma Patienten grob den unterschiedlichen Graden von Bewusstseinsstörungen dieser Patienten entspricht.

Die negativen Auswirkungen des veränderten Nervenwassers auf die Neurochip-Aktivität liefern somit einen neuen Erklärungsansatz für Bewusstseinstrübungen bzw. kognitive Defizite nach einem durchlaufenen Schädel-Hirn-Trauma. Diese Störungen lassen sich nämlich nicht immer durch die etwa auf Kernspinaufnahmen sichtbaren Schädigungen erklären. Mit dem innovativen Ansatz von Dihné und Theiss ergibt sich eine ganz neue Bedeutung pathologischer Veränderungen im Nervenwasser, die möglicherweise Gehirnfunktionen beeinflussen

Die Arbeit wurde im international renommierten Journal "Annals of Neurology" publiziert und von der Neurologischen Universitätsklinik Düsseldorf (Direktor: Prof. Hans-Peter Hartung) in Kooperation mit der Arbeitsgruppe um Prof. Mario Siebler (ehemals neurologische Klinik Düsseldorf, aktuell MediClin, Fachklinik Rhein/Ruhr, Essen) und Prof. Alfons Schnitzler (Institut für Klinische Neurowissenschaften und Medizinische Psychologie, Düsseldorf) durchgeführt. Eine Aufforderung zur Weiterentwicklung dieser Technologie kommt aktuell auch von der EuroTrans-Bio-Initiative im Rahmen des 7. EU Forschungsrahmenprogramms, die eine Unterstützung von insgesamt knapp 800.000 Euro empfiehlt. In diesem Projekt soll die beschriebene bio-elektronische Hybrid-Technologie auf der Grundlage humaner induzierter pluripotenter Stammzellen weiterentwickelt werden. Es wird eindrucksvoll demonstriert, wie durch den Einsatz der ethisch kontrovers diskutierten Embryonalen Stammzellen der Weg geebnet werden kann zu einer klinischen Anwendung von pluripotenten Stammzellen, die selbst ethisch unproblematisch sind, deren Entwicklung aber ohne die Vorleistungen der Embryonalen Stammzell-Technologie nicht denkbar wäre.

Kontakt: Dr. med. Marcel Dihné, Neurologische Klinik, Tel.: 0175 /2741681
E-mail: marcel.dihne@uni-duesseldorf.de

Susanne Dopheide | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-duesseldorf.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Im Mikrokosmos wird es bunt: 124 Farben dank RGB-Technologie
22.06.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht CO2-neutraler Wasserstoff aus Biomasse
22.06.2017 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Im Focus: Forscher entschlüsseln erstmals intaktes Virus atomgenau mit Röntgenlaser

Bahnbrechende Untersuchungsmethode beschleunigt Proteinanalyse um ein Vielfaches

Ein internationales Forscherteam hat erstmals mit einem Röntgenlaser die atomgenaue Struktur eines intakten Viruspartikels entschlüsselt. Die verwendete...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

Forschung zu Stressbewältigung wird diskutiert

21.06.2017 | Veranstaltungen

Die Zukunft der Informationstechnologie - Internationale Konferenz erstmals in Aachen

21.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Auf die richtige Verbindung kommt es an: Tiefe Hirnstimulation bei Parkinsonpatienten individuell anpassen

22.06.2017 | Medizintechnik

CO2-neutraler Wasserstoff aus Biomasse

22.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

22.06.2017 | Geowissenschaften