Projektbeschreibung
Mehr als Zellassays: neues Hybridinstrument zur Wirkstoffforschung
Das Spektrum der Arzneimittel zur Behandlung neurologischer Erkrankungen ist ziemlich beschränkt, was vor allem auf den Mangel an Modellen für das Wirkstoffscreening zurückzuführen ist, welche die Physiologie des Gehirns naturgetreu nachbilden. Das EU-finanzierte Projekt NEUREKA hat nun ein bahnbrechendes System entwickelt, das computergestützte Netzwerke mit kultivierten Neuronen kombiniert, um Hirnerkrankungen zu modellieren. Die Forschenden setzen Nanoelektroden ein, um die neuronale Aktivität zu steuern und pathologisch bedingte Funktionsstörungen, wie sie etwa bei der Alzheimer-Krankheit zu beobachten sind, zu simulieren. Wichtig dabei ist, dass die Technologie die normalerweise in kultivierten Neuronen fehlenden nativen Signale des Gehirns liefert und auf diese Weise die neuronalen Schaltkreise in vitro unterstützt. NEUREKA bietet eine einzigartige Herangehensweise an das Wirkstoffscreening, die über den Stand der Technik hinausgeht und die Entdeckung neuartiger Arzneimittel gegen neurologische Erkrankungen erleichtern soll.
Ziel
NEUREKA will bring a paradigm shift in drug discovery for neurological diseases, a sector that suffers multiple, repeated failures exacerbating the economical and societal burden of these incurable diseases. It will do so by addressing a crucial shortcoming: the lack of in vitro systems faithfully reproducing brain pathology that enable the functional assessment of candidate compounds at multiple levels: from synapses to neuronal circuits. NEUREKA introduces an innovative, hybrid technology, whereby detailed, computational neuronal networks simulate dysfunction and drive cultured neurons to replicate in-brain disease conditions. Nanoelectrodes mediate the transmission between simulated and biological neurons. Akin to real synapses, nanoelectrodes contact cultured neurons at subcellular locations across the dendritic tree, soma and axonal branches, allowing to control and monitor neural activity with unprecedented accuracy. Biological neuronal responses registered by nanoelectrodes are fed back to simulated neurons, closing the loop and enabling control of activity states across the hybrid population. Complementing molecular deficits already present in culture models of a disease, computational models enable replication of both molecular and physiological deficits of neurodegeneration in vitro. Cultured neurons are driven towards pathological excitability states where deficits emerge, so as to optimize quantification of the impact of drugs, going well beyond standard cellular assays. A proof-of-concept will be provided for Alzheimer’s disease, using human induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived neurons exhibiting the pathology. NEUREKA will be used to demonstrate the effect of drug candidates across synaptic, neuronal and network functions.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesbiological sciencesneurobiology
- medical and health sciencesbasic medicinepharmacology and pharmacydrug discovery
- medical and health sciencesbasic medicineneurologydementiaalzheimer
- medical and health sciencesmedical biotechnologycells technologiesstem cells
- medical and health sciencesbasic medicinepathology
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
70013 Irakleio
Griechenland