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Durchbruch bei der Erforschung von Hirnerkrankungen dank Brain-on-Chip-Technologie
© CSEM
Dringender Bedarf an innovativen Tools zur Erforschung von Hirnerkrankungen
Erkrankungen des Gehirns stellen eine immense gesundheitliche Herausforderung dar: Sie sind weltweit die häufigste Ursache für Behinderungen und die zweithäufigste Todesursache. Selbst in wohlhabenden Regionen wie Europa übersteigen die Kosten von Hirnerkrankungen jene von Krebs, Herzkrankheiten und Diabetes zusammen. Trotz medizinischer Errungenschaften bleibt die Entwicklung wirksamer Therapien aufgrund des eingeschränkten Zugangs zu Gehirngewebe und der hohen Ausfallrate von Medikamenten schwierig. Die bahnbrechende Brain-on-Chip-Technologie sowie organoide Modelle eröffnen jedoch neue Möglichkeiten. Sie haben das Potenzial, die Forschung zu Erkrankungen des Gehirns und die Arzneimittelentwicklung zu revolutionieren.
Innovative Lösung: die Brain-on-Chip-Technologie
In Zusammenarbeit mit 3Brain und der Berner Fachhochschule hat CSEM eine innovative Multiwell-Plattform entwickelt, die auf der sogenannten Brain-on-Chip-Technologie basiert. Diese Technologie simuliert die Umgebung des Gehirns mithilfe winziger Siliziumchips und ermöglicht es den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die Interaktion von Gehirnzellen sowie deren Reaktionen auf Behandlungen in einer kontrollierten Umgebung zu beobachten. Die Multiwell-Plattform wurde für das Hochdurchsatz-Screening entwickelt. Sie erlaubt es den Forschenden, mehrere Experimente gleichzeitig durchzuführen und dabei grosse Datenmengen effizienter zu erfassen. Das Besondere an dieser Plattform ist die Integration von hochauflösenden Mikroelektroden-Arrays (HD-MEAs) in fortschrittliche Mikrotiterplatten. HD-MEAs enthalten Tausende winziger Elektroden, welche die elektrische Aktivität von Zellen messen und detaillierte Einblicke in die elektrophysiologische Aktivität von Zellen ermöglichen – in 2D und 3D. Damit eröffnet sich den Forschenden die Möglichkeit, das Verhalten von Gehirnzellen mit bislang unerreichter Präzision zu untersuchen.
Hauptmerkmale der Brain-on-Chip-Plattform
«Das System ist so konzipiert, dass es die Daten von 24 Proben gleichzeitig aufzeichnen kann. Dies dank einer speziellen 3D-Konfiguration, welche die Proben optimal erhält und erheblich schneller arbeitet als ältere Systeme. Ausgestattet mit einem leistungsstarken Mikrochip, der Tausende von Sensoren enthält, beschleunigt es die Datenverarbeitung und senkt zugleich die Kosten», erklärt Gilles Weder, Head R&BD, Life Science Technologies, CSEM. «Das System kann auch detaillierte Tests an 3D-Modellen durchführen und den Forschenden helfen, bessere Daten über das Verhalten von Zellen zu erhalten und die Genauigkeit von Arzneimitteltests zu verbessern. Darüber hinaus ist das System so konzipiert, dass es in Standard-Laboraufbauten integriert werden kann. Dies erleichtert die Handhabung und erhöht die Effizienz und Skalierbarkeit.»
Weitreichende Auswirkungen auf Gesellschaft und Wirtschaft
Die Kombination von Mikroelektroden-Arrays, fortschrittlichem Chip-Packaging und Hochdurchsatzkapazitäten macht die Brain-on-Chip-Technologie zum Gamechanger. Sie bietet schnellere Ergebnisse durch integrierte Datenverarbeitung und Hochdurchsatz-Multiwell-Assays für 3D-Modelle, die sich nahtlos in bestehende pharmazeutische Arbeitsabläufe integrieren lassen. Mauro Gandolfo, CEO von 3Brain, betont die weitreichenden gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Auswirkungen dieser Technologie: «Durch die Verringerung der Ausfallraten bei der Arzneimittelentwicklung können die Kosten für Forschung und Entwicklung erheblich gesenkt werden. Damit werden die Behandlungen erschwinglicher. Bei den Patientinnen und Patienten führen fortschrittliche Behandlungen von Hirnerkrankungen zu besseren Behandlungsergebnissen, was Gesundheitssysteme und Familie entlastet. Und schliesslich wird die Schweiz – bereits heute weltweit führend im Bereich Life Sciences – von der Kommerzialisierung der Brain-on-Chip-Technologie profitieren, denn dadurch wird das Wachstum der Pharma- und Mikrotechnologiebranche weiter angekurbelt.»
Fazit: eine bessere Zukunft für die Behandlung von Hirnerkrankungen
Die Brain-on-Chip-Technologie von CSEM in Kombination mit fortschrittlichen Organoidmodellen wird die Hirnforschung und die Arzneimittelentwicklung revolutionieren. Diese innovative Lösung überwindet die Einschränkungen bisheriger Systeme und bietet einen ethischen, skalierbaren und kosteneffizienten Ansatz zur Erforschung und Behandlung neurologischer Erkrankungen. Dank der Brain-on-Chip-Technologie sieht die Zukunft der Behandlung von Hirnerkrankungen besser und erfolgversprechender aus als je zuvor.