Therapie

Langzeitstudie: Alzheimer-Zellen wachsen auf Computerchip

Eine neue Untersuchung von Nervenzellen im Anfangsstadium von Alzheimer bringt Hoffnung für die Entwicklung neuer Therapien: Speziell für Laborzwecke kultivierte Zellen werden direkt auf einen Computerchip gesetzt. Dort werden sie über Jahre untersucht. Die gesammelten Daten sollen neue Erkenntnisse über die Entstehung der Krankheit liefern.

Um die Krankheit Alzheimer zu verstehen, muss die Veränderung der Zellen über mehrere Jahrzehnte untersucht werden. (Foto: Flickr/ vincealongi)

Um die Krankheit Alzheimer zu verstehen, muss die Veränderung der Zellen über mehrere Jahrzehnte untersucht werden. (Foto: Flickr/ vincealongi)

Die Zahl der an Alzheimer erkrankten Menschen wird sich Schätzungen zufolge bis zum Jahr 2030 allein in Deutschland auf ca. 2 Millionen verdoppeln. Trotz der riesigen Herausforderung stehen heute kaum geeignete Therapien und Medikamente zur Verfügung. Obwohl eine Vielzahl neuer Medikamente sich in der klinischen Entwicklung befindet, gibt es viele Rückschläge, eine wirkliche aussichtsreiche Therapie ist nicht in Sicht.

Die Firma NeuroProof bietet mit einer neuartigen Technologie einen neuen Ansatz für Therapien. Dabei werden Nervenzellen kultiviert und auf einen Chip aufgebracht. Dort bilden sie lebensfähige neuronale Netzwerke aus, die unterschiedlichen Substanzen ausgesetzt werden.

Die Ursachen von Alzheimer sind nicht vollständig bekannt. Das langsame Fortschreiten der Krankheit über bis zu drei Jahrzehnte, die vom ersten Auftreten von Veränderungen an einzelnen Nervenzellen bis zum Ausbrechen klinischer Symptome vergehen können, erschwert die Behandlung. Eine Therapie müsste schon auf einer frühzeitigen Diagnose basieren und lange vor dem Einsetzen nicht umkehrbarer Schädigungen, nämlich dem Abbau von Nervenzellen, ansetzen.

Die Reaktionen der Nervenzellen lassen sich aufzeichnen und interpretieren. Diese Vorgehensweise macht nicht nur Tierversuche bei der Suche nach neuen neuronalen Wirkstoffen und Medikamenten überflüssig, man erhält auch reproduzierbare Ergebnisse mit einem vergleichsweise höheren Informationsgehalt. So können die Nervenzellen unter anderem über Monate betrachtet und auch langfristige Änderungen erfasst werden. Die Wirkung von nachweislich schädlichen Peptiden auf die Funktionsweise solcher Netzwerke wird so in einem sehr frühen pathologischen Stadium untersucht.

In diesem Stadium ist die Funktion der Zellen schon pathologisch beeinflusst, die Zellen an sich sterben jedoch noch nicht. Damit, so die Hoffnung, ist man der Ursache der Krankheit viel früher auf der Spur als mit bisherigen Verfahren, bei denen das Absterben der Nervenzellen studiert wird.

Die für die Alzheimersche Erkrankung mitverantwortlichen Peptide, wie das Beta-Amyloid, treten in zahlreichen Varianten auf. Es gilt hier herauszufinden, welche dieser Peptide in welchem Ausmaß frühzeitig funktionell pathologische Veränderungen verursachen. Weiterhin soll dieses Verfahren auch für große Durchsatzmengen ausgebaut werden.

Mit dem Kauf einer neuen Arbeitsstation aus den Finanzmitteln des Crowdinvestings konnte die NeuroProof GmbH ihre Kapazitäten deutlich erhöhen und die Kosten senken. Die neue Multiwell-Arbeitsstation von Axion Biosystems ermöglicht es, gleichzeitig bis zu 48 Untersuchungen durchzuführen.

Wurden bisher pro Untersuchung 128 Datenkanäle aufgezeichnet, lässt sich mit der neuen Technologie die sechsfache Datenmenge erfassen. Damit werden neue Anforderungen an die Experimentdurchführung und Datenauswertung gestellt. Aktuell liegt die Priorität deshalb auf der Weiterentwicklung der Auswertungsverfahren.

Erste Projekte wurden bereits erfolgreich mit dem neuen System durchgeführt. Dabei generierte man neuronale Zellkulturen aus humanen Stammzellen und untersuchte diese hinsichtlich früher pathologischer Veränderungen bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer. Die neue Arbeitsstation ermöglicht eine wesentlich einfachere Handhabung der Zellkulturchips unter sterilen Bedingungen. So lassen sich mehrere Zellkulturen an aufeinanderfolgenden Tagen aufsetzen und die einzelnen Wachstumsphasen der humanen neuronalen Kulturen an den Proben über mehrere Tage studieren.

Viele neuronale Erkrankungen manifestieren sich erst über einen längeren Zeitraum, da das menschliche Gehirn sehr gut in der Lage ist, erste Ausfälle zu kompensieren. Die frühen Veränderungen im Gehirn sind an den synaptischen Nervenverbindungen zu erkennen und können jetzt viel besser über einen längeren Zeitraum untersucht und mit vielen potenziellen Medikamentenkandidaten gleichzeitig auf den Chips getestet werden.

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