Untersuchung der Wirkung von psychedelischen Substanzen auf neuronale dreidimensionale Zellkulturen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Christiane Thielemann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518810023

Klinische Studien deuten darauf hin, dass psychedelische Substanzen wie LSD, DMT, Ayahuasca oder Psilocybin vielversprechende Kandidaten für die Behandlung psychischer Erkrankungen sind. Das grundlegende Verständnis der Wirkung der serotonergen Psychedelika beruht im Wesentlichen auf präklinischen Studien an In-Vivo- und In-Vitro-Tiermodellen, die deutliche Hinweise auf eine modifizierte Neuroplastizität geben. Aufgrund speziesspezifischer Unterschiede ist es jedoch fraglich, inwieweit diese Erkenntnisse auf den Menschen übertragbar sind. Nicht-invasive Untersuchungen (EEG, fMRI) am menschlichen Gehirn liegen ebenfalls vor, zeigen aber teilweise kontroverse Ergebnisse. Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass die Wirkung von serotonergen Psychedelika auf das menschliche Gehirn nicht ausreichend verstanden ist und ein dringender Bedarf an systematischen Untersuchungen besteht. Eigene Vorarbeiten haben gezeigt, dass elektrophysiologische Analysen neuronaler Zellkulturen geeignet sind, die akute Wirkung von 1-Propionyl-Lysergsäurediethylamid (1P-LSD) auf die funktionalen Netzwerkeigenschaften zu untersuchen. Um diesen vielversprechenden Ansatz weiterzuverfolgen, soll in dem Forschungsvorhaben erstmals ein gut charakterisiertes, serotonerges Zellkultur-Modell präsentiert werden, das einerseits humanen Ursprungs ist und andererseits systematische strukturelle und funktionale Untersuchungen nach der Applikation psychedelischer Substanzen erlaubt. Als Modell mit humanem Hintergrund eignen sich besonders stammzell-basierte In-Vitro-Zellkulturen (hiPSC), deren Population serotonerge Neuronen enthalten. Für die Validierung wird ein dreidimensionales Modell vorgeschlagen, da es über Monate kultivierbar ist und die Beobachtung langfristiger Effekte, die für die Therapie besonders relevant sind, erlaubt. Mit hochauflösenden Methoden wie high density MEA Chips und Lichtblatt-Mikroskopie in Kombination mit Kalzium-Bildgebung soll die Wirkungen von LSD und DMT auf das serotonerge hiPSC-Modell untersucht werden. Aus den erhobenen Bild- und elektrophysiologischen Daten sollen nach weiteren Verarbeitungsschritten, Netzwerkmodelle in Form von Graphen-Strukturen erstellt, Merkmale extrahiert und mit Hilfe von Methoden des maschinellen Lernens analysiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen