Eine Multi-Elektroden-Array-Plattform zur Modellierung von Epilepsie unter Verwendung von humanen pluripotenten Stammzellen abgeleiteten Gehirnassembloiden

In den letzten Jahrzehnten hat eine Explosion von Genentdeckungen Hunderte von Genen identifiziert, die Epilepsie verursachen oder mit ihr in Verbindung gebracht werden. Die pathogenen Mechanismen sind jedoch noch nicht so gut erforscht. Unser Labor untersucht, wie sich genetische Veränderungen auf die frühe Gehirnentwicklung auswirken und zu Hirnfehlbildungen und Epilepsie führen, einer schwächenden Krankheit, die durch chronische Anfälle gekennzeichnet ist.

Genetische Epilepsien wurden in der Regel anhand von Tiermodellen untersucht, darunter Mäuse, Zebrafische, Drosophila und Kaninchen. In jüngerer Zeit wurden menschliche Stammzellen zur Modellierung genetischer Epilepsien verwendet, da sich die Techniken zur Differenzierung von Stammzellen in Neurogewebe weiterentwickelt haben. Mit dem Aufkommen von Gehirn-Organoiden können Sie Strukturaspekte der Gehirnentwicklung rekapitulieren.

Die Messung der elektrophysiologischen Aktivität und die Bestimmung von Biomarkern für epilepsiebedingte Aktivität aus Hirnorganoiden und Assembloiden ist eine Herausforderung. Teilweise ist diese Technik eingeschränkt, weil Gehirnorganoide keine Anfälle haben können, wie es bei einem intakten Tier der Fall ist. Nichtsdestotrotz kann das Auffinden elektrophysiologischer Unterschiede in diesem In-vitro-Modell und dem Ansprechen auf medikamentöse Behandlungen dazu beitragen, pathologische Mechanismen und therapeutische Reaktionen bei genetischen Epilepsien zu bestimmen.

Die elektrophysiologische Aktivität kann mit herkömmlichen Patch-Climb-Aufzeichnungen, lokalen Feldaufzeichnungen mit Elektroden und optischen Techniken wie Kalzium- und Speicherspannungsbildgebung beurteilt werden. Die Verwendung von Multielektroden-Array-Aufzeichnungen hat den Vorteil, dass zwei Aufnahmen im Laufe der Zeit gestartet werden können und von mehreren Stellen eines Assembloids gleichzeitig aufgezeichnet werden können.