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Epilepsie in Zellkulturen

Was löst im Gehirn einen epileptischen Anfall aus? In der Biomikrotechnologie der Universität Freiburg werden Technik und Biologie verknüpft, um durch in-vitro Untersuchungen eine Antwort zu finden.

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Schnitt eines Gehirns auf einem Mikroelektroden-Array: Die Forscher reizen verschiedene Bereiche und messen, wie die Nervenzellen darauf reagieren. Foto: Universität Freiburg

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Es ist eine lange Ereigniskette im Gehirn, an deren Ende ein epileptischer Anfall
steht. Wodurch und warum dieser ausgelöst werden kann, will Prof. Dr. Ulrich Egert herausfinden. An seinem Lehrstuhl für Biomikrotechnologie am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg beobachten und aktivieren er und sein Team Nervennetzwerke in Zellkulturen. Das Ziel: Die Netzwerke zu bestimmten Aktivitäten anregen beziehungsweise sie in einem gewissen Zustand zu halten, damit epileptische Anfälle nicht eintreten.

 

  • Nervennetzwerke auf Mikroelektroden-Arrays

„Wir arbeiten in unserem Labor in-vitro, am Menschen sind diese Untersuchungen nicht möglich", erklärte der Freiburger Professor. "Aber die Ereignisse, die wir in der Zellkultur beobachten sind eine Abstraktion der Mechanismen im Gehirn und folgen dort auch den gleichen Prinzipien.“ Für diese Untersuchung wird auf Mikroelektroden-Arrays ein Netzwerk von Nervenzellen erschaffen, das als Modell für manche Vorgänge im Gehirn dient. Mikroelektroden-Arrays sind spezielle Chips mit einer Vielzahl von Elektroden und einer speziell beschichteten Oberfläche auf der Nervenzellen gut anwachsen können.

 

  • Übergangsprozesse untersuchen und steuern

Diese Untersuchungsmethode ermöglicht dem Biologen, die Ereigniskette, die diese Netzwerke in verschiedene Aktivitätszustände führt, in ihren kleinsten Schritten zu beobachten. Mediziner hingegen sehen das Ende dieser Kette: den Anfall selbst. Das stellt beim Verständnis und der Bekämpfung der Ursachen, zum Beispiel von Epilepsie, ein Problem dar. Innerhalb der Ereigniskette ist bei dieser Erkrankung nämlich der Übergangsbereich zu einem Anfall der kritische Moment und somit für die Forschung das eigentlich Interessante. Die während eines Anfalls im Gehirn ablaufenden Mechanismen unterscheiden sich von denen davor. Der Freiburger Wissenschaftler und sein Team untersuchen diese Übergangsprozesse und versuchen, Wege zu finden diese zu steuern. Für seine neurowissenschaftliche Forschung trug Egert zur Entwicklung verschiedener neuer Mikroelektroden-Arrays bei und optimiert deren Einsatz in den Neurowissenschaften. Mit diesem fachlichen Schwerpunkt ist der Biomikrotechnologe eine wichtige Nahtstelle zwischen den Disziplinen Biologie, Medizin und Technik.

 

  • Autonome Implantate verhindern Anfälle

Zur Weiterentwicklung neuer Werkzeuge kooperiert Egert mit einen Kolleginnen und Kollegen aus den technischen Fachbereichen, um seine Forschungsmöglichkeiten stetig zu verbessern. Zum anderen ist er mit den technischen und medizinischen Fachbereichen im Rahmen des Bernstein Zentrums Freiburg und des Exzellenzantrages „BrainLinks – BrainTools“ eng verknüpft: In der Zukunft sollen Implantate entwickelt werden, die zur Behandlung neurologischer Krankheiten wie Epilepsie Patienten ins Gehirn eingesetzt werden, autonom reagieren und sich dabei selbst mit Energie versorgen.

Die Druckversion dieses Textes (pdf) finden Sie hier.

 

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Prof. Dr. Ulrich Egert

Von Haus aus ist er kein Mikrosystemtechniker, wie seine Zuordnung zur Technischen Fakultät vermuten lässt: Ulrich Egert promoviert und habilitierte sich in Biologie zum Thema "Development of thin-film
microelectrode arrays and their application in neurophysiology". Seit 2008 ist er Lehrstuhlinhalber für Biomikrotechnologie am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg. Mit seiner Forschung verbindet er die Wissenschaftsbereiche Biologie, Technik und Medizin.

 

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