Projektbeschreibung
Revolutionäres Konzept zur Behandlung von pharmakoresistenter Epilepsie
Rund 30 % der Epilepsiepatientinnen und -patienten leiden unter einer pharmakoresistenten Form der Erkrankung. Dabei können nicht einmal zwei Antiepileptika Krampffreiheit erzielen, wenn sie als Monotherapie oder in Kombination verschrieben werden. Derzeit gibt es keine Möglichkeit, um das Krankheitsbild der Betroffenen erheblich zu verbessern. Dieses EU-finanzierte Konsortium arbeitet an einem komplett neuen Ansatz, mit dem die Erregbarkeit neuronaler Zellen manipuliert werden soll. Dabei wird neuronales Feuern durch eine direkte Ionenaktivierung auf mikroskopischer Ebene eingesetzt, woraufhin die Zellantwort durch Transistoren im Nanobereich überwacht wird. Das multidisziplinäre Konsortium möchte einen Konzeptnachweis für eine bahnbrechende Neuromodulationstechnologie erstellen. Dazu sollen künftige Gehirnimplantate zur Behandlung von Epilepsie durch In-vitro-Tests von Spezialpolymeren und hochempfindliche Ionensensor-Arrays ermöglicht werden.
Ziel
There is a need for a paradigm shift in the treatment of drug-resistant epilepsy. Several routes have been explored to modulate or silence dysfunctional neural circuits, through genetic, electrical, magnetic or optical means. All have serious limitations due to the unphysiological mechanisms used to regulate neuronal activity. In IN-FET, we address this issue by manipulating the elementary building blocks of cell excitability: ions. IN-FET tackles the visionary idea of altering neuronal firing and synaptic transmission by direct ionic actuation at the microscopic scale, while monitoring cell responses by arrays of nanoscale transistors. We will develop and test, in vitro, the use of active polymers to trap or release electrochemically specific ions in the extracellular milieu surrounding neurons. These will be integrated with ion sensors and ultra-sensitive nanowire arrays, offering closed-loop regulation of cellular electrical activity. We will deliver for the first time a device that can physiologically modulate the neuronal membrane potential, the synaptic release probability, and glutamatergic NMDA receptors activation by altering potassium, calcium, and magnesium ionic concentrations in a controlled and spatially-confined manner. High-resolution simultaneous probing of cell activity will be performed by Si-nanowire vertical transistors, penetrating the membranes and detecting the cell electrical activity at unprecedented spatial and temporal resolutions. In conclusion, IN-FET's multidisciplinary consortium brings together state-of-the-art electrochemistry, 3-d nanofabrication, nanoelectronics, and numerical simulations, and combines neuronal biophysics to device modeling. IN-FET will thus establish the proof-of-principle for a breakthrough biocompatible neuromodulation technology, with a clear impact for future brain implants for epilepsy treatment, advancing neuroscience, biomedical microsystems engineering, and nano-neurotechnology.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
34136 Trieste
Italien