Präzise Ionenkontrolle im Gehirn: Neue Mikropipette eröffnet Möglichkeiten

LINKÖPING / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die neueste Entwicklung in der Hirnforschung könnte die Art und Weise, wie wir neuronale Aktivität verstehen und behandeln, revolutionieren. Forscher an der Universität Linköping haben eine Mikropipette entwickelt, die Ionen direkt zu einzelnen Neuronen liefert, ohne das empfindliche extrazelluläre Milieu zu stören.

Die neu entwickelte iontronische Mikropipette ermöglicht es Wissenschaftlern, die Auswirkungen lokaler Ionenveränderungen auf Neuronen und Gliazellen zu beobachten, wodurch komplexe Dynamiken sichtbar werden, die bisher unzugänglich waren. Erste Experimente zeigten, dass Astrozyten schnell auf Ionenverschiebungen reagieren, während Neuronen erst nach der Sättigung der Astrozyten aktiviert werden. Diese Entdeckung könnte nicht nur die Grundlagenforschung in der Neurowissenschaft vorantreiben, sondern auch zu präzisen Behandlungen neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie führen.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Methoden, die Flüssigkeiten injizieren und das extrazelluläre Gleichgewicht stören, liefert die Mikropipette Ionen gezielt, ohne die Umgebung zu beeinflussen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, die Interaktionen zwischen Zellen zu verstehen. Die schnelle Reaktion der Astrozyten auf Ionen zeigt, wie sie die neuronale Aktivität beeinflussen, was bisher nicht vollständig verstanden wurde.

Die Technologie könnte auch therapeutisches Potenzial haben, indem sie gezielte chemische Behandlungen für Hirnerkrankungen ermöglicht. Professor Daniel Simon von der Universität Linköping betont, dass diese Technologie langfristig zur Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie mit extrem hoher Präzision eingesetzt werden könnte.

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa 85 bis 100 Milliarden Neuronen und einer ähnlichen Anzahl von Gliazellen, die die Funktion der Neuronen unterstützen. Zwischen den Zellen befindet sich ein flüssigkeitsgefüllter Raum, das extrazelluläre Milieu, dessen Zusammensetzung für die Zellfunktion entscheidend ist. Die neue Mikropipette, die nur 2 Mikrometer im Durchmesser misst, ermöglicht es, Ionen wie Kalium und Natrium gezielt hinzuzufügen, um deren Auswirkungen auf Neuronen und Gliazellen zu untersuchen.

Die Experimente wurden an Hippocampus-Gewebeschnitten von Mäusen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass Neuronen nicht so schnell auf Veränderungen der Ionenkonzentration reagierten, wie ursprünglich erwartet. Die Astrozyten hingegen reagierten direkt und sehr dynamisch. Erst nach deren Sättigung wurden die Nervenzellen aktiviert, was die fein abgestimmte Dynamik zwischen verschiedenen Zelltypen im Gehirn verdeutlicht.

Die Mikropipette wird durch Erhitzen eines Glastubus und Ziehen bis zum Bruchpunkt hergestellt, wodurch eine sehr dünne und verjüngte Spitze entsteht. Diese Art von Mikropipette wird in der Neurowissenschaft häufig zur Erzeugung und Messung elektrischer Aktivität im Gehirn verwendet. Die iontronische Mikropipette der LiU-Forscher hat eine Spitze, die mit einer speziell angepassten Ionenaustauschmembran gefüllt ist, was eine chemische Aktivierung ermöglicht.

Der nächste Schritt besteht darin, die chemische Signalübertragung in gesundem und krankem Hirngewebe weiter zu untersuchen und die Abgabe von Medikamenten zu entwickeln, um deren Wirkung gegen neurologische Erkrankungen wie Epilepsie zu erforschen. Diese Forschung könnte einen bedeutenden Einfluss auf die zukünftige Behandlung von Hirnerkrankungen haben.

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