Dendritische Integration in humanen kortikalen Neuronen unter natürlichen Bedingungen in humaner cerebrospinaler Flüssigkeit (hCSF)

• Antragsteller: Professor Björn Michael Kampa; Henner Koch, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle und theoretische Netzwerk-Neurowissenschaften
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 554040784

Das menschliche Gehirn ist ständig aktiv und in der Lage, zwischen verschiedenen Zuständen zu wechseln, was die Grundlage für viele wesentliche Prozesse ist, einschließlich Informationsverarbeitung und Gedächtnisbildung. Das Verständnis der Mechanismen, die es den Neuronen ermöglichen, komplexe Aktivitätsmuster zu erzeugen, hängt von Untersuchungen auf der Ebene der einzelnen Zellen, ihrer dendritischen Eigenschaften und der Integration ihrer synaptischen Signale ab. In vielen eleganten neurowissenschaftlichen Studien wurden Tiermodelle verwendet, um diese zellulären und dendritischen Mechanismen der kortikalen Zellen zu untersuchen. Es bleibt jedoch ungewiss, inwieweit diese Ergebnisse direkt auf das menschliche Gehirn übertragen werden können. Dieses Problem hat dazu geführt, dass sich die Forschung intensiv bemüht, grundlegende Eigenschaften in Zellen und Schaltkreisen des Menschen direkt zu untersuchen. Darüber hinaus hat man inzwischen erkannt, dass die menschliche Liquorflüssigkeit (human cerebrospinal fluid, hCSF) die Aktivität und die Eigenschaften von Neuronen erheblich beeinflussen kann und möglicherweise Mechanismen des menschlichen Gehirns aufdeckt, die bei Untersuchungen in künstlicher Liquorflüssigkeit (aCSF) verborgen bleiben. Daher schlagen wir vor, menschliche Kortexproben (akute und organotypische Schnitte) zu untersuchen und die Auswirkungen von hCSF auf kortikale Pyramidenzellen zu entschlüsseln, ihre dendritischen Eigenschaften zu untersuchen und zu testen, wie Ensembles von Neuronen miteinander verbunden sind. Im Einzelnen beabsichtigen wir, menschliche Neuronen und Netzwerke mit drei unabhängigen, aber interagierenden Zielen zu untersuchen: 1. Wir planen, die somato-dendritische Kopplung in menschlichen Schnittkulturen des Kortex mittels intrazellulärer Ableitungen zu messen und ein pharmakologisches Screening durchzuführen, um den potenziellen molekularen Mechanismus der Effekte von hCSF zu entschlüsseln. 2. Wir wollen die supralinearen dendritischen Integrationseigenschaften menschlicher Zellen in Gegenwart von hCSF im Vergleich zu aCSF mit Hilfe der Zwei-Photonen-Kalzium-Bildgebung menschlicher Pyramidenneuronen untersuchen. 3. Wir nutzen optogenetische Strategien, um die dendritische Integration lokaler Netzwerkverbindungen in kortikalen Mikroschaltkreisen zwischen aCSF und hCSF zu untersuchen, indem wir neu entwickelte Opsine (ChroME) übertragen, um die Zwei-Photonen-Aktivierung von kleinen Ensembles zu ermöglichen. Die Ergebnisse unserer Studie werden dazu beitragen, die translationale Lücke zwischen Tierstudien und Menschen zu schließen und das Design von Therapieansätzen für neurologische Erkrankungen zu verbessern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen