Matrix Revolutions

29. Juli 2005
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Mit einem Hybrid aus Nervenzellen und Computerchip wollen Wissenschaftler aus Rostock neue Wege in der Pharmaforschung gehen. Die Verbindung aus Leben und Silizium sieht nicht nur toll aus, sondern spart auch Tierversuche ein. Leben auf der Siliziummatrix ...

Vom modernen Kosmopoliten einmal abgesehen, sucht sich das Leben bekanntlich seine Umwelt nicht aus, sondern passt sich an die an, die gerade da ist. Das gilt nicht nur für heiße Schwefelquellen, die von Bakterien bewohnt werden, sondern auch für eine dezidiert künstliche Umwelt wie einen Siliziumchip. Wenn der dann auch noch in der Mitte eine kuschelige Kuhle hat, dann sind dem fröhlichem Zellmiteinander kaum Grenzen gesetzt.

Wie verhält sich eigentlich so eine Nervenzelle unter Behandlung?

Einen Siliziumchip zu einer bewohnbaren Umwelt für Nervenzellen gemacht zu haben, ist ein Verdienst des Rostocker Innovationsnetzwerks Biosystemtechnik unter Leitung von Professor Dieter Weiss. Mit NeuroSensorix haben die im Netzwerk vereinten Wissenschaftler und Unternehmen ein Produkt entwickelt, in dem sich Computertechnik und Leben nicht nur begegnen. Sie sind dort aufs engste miteinander verzahnt. Der weniger als einen Quadratzentimeter kleine NeuroSensorix-Chip ist ein diagnostischer Kraftprotz. Es ist aufgerüstet mit sechzig Sensoren für elektrische Impulse, mit Sauerstoffelektroden und mit Messfühlern für den pH-Wert und die Temperatur. Eine Software, die die eingehenden Informationen auswertet, liefert sekundengenaue Auskunft darüber, wie es dem Nervengewebe gerade geht. Interessant ist dabei nicht so sehr der Normalzustand. NeuroSensorix wird vielmehr genutzt um festzustellen, wie Nervengewebe auf bestimmte äußere Einflüsse reagiert. Ein Beispiel, das auch die Anwendungsmöglichkeiten der Technik verdeutlicht, sind Pharmaka gegen Epilepsie. Das Nervenzellgewebe auf dem Chip wird in einen Epilepsie-ähnlichen Zustand gebracht und dann den Testsubstanzen ausgesetzt. Dadurch verändern sich unter anderem die elektrischen Aktionspotenzialmuster und die Sauerstoffversorgung der Zellen, was der Biochip sofort nachweisen kann. Dabei können die Veränderungen in unterschiedlichen Hirnregionen unterschiedlich sein. Es kann also für den Hersteller eines neuen Präparats interessant sein, die Substanz auf mehreren Chips zu testen, die jeweils mit Zellen aus unterschiedlichen Regionen bestückt sind. „Damit sparen die Firmen sich natürlich auch Tierversuche, die sonst nötig wären, um den Effekt eines Medikaments in der vorklinischen Phase zu untersuchen“, sagte Projektkoordinator Frank Graage im Gespräch mit dem DocCheck-Newsletter.

Kein Einzelstück: NeuroSensorix ist für die Massenfertigung gedacht

Das Spektrum potenzieller Anwendungen von NeuroSensorix ist nahezu unbegrenzt. „Statt gesunden Zellen von Mäusen könnte auch erkranktes Gewebe genutzt werden, zum Beispiel Zellen aus dem Gehirn von Parkinson-Modelltieren“, so Graage über ein weiteres Anwendungsfeld. Natürlich haben die Rostocker auch schon daran gedacht, mit menschlichen Nervenzelllinien zu arbeiten, die mittlerweile aus adulten Nervenzellvorläuferzellen hergestellt werden können. Graage: „Gespräche gab es schon, aber das steht im Moment noch nicht auf der Agenda.“ Die Rostocker sind nicht die einzigen, die Nervenzellen und Computerelektronik zusammenbringen wollen. Auch der Chiphersteller Infineon hat vor einiger Zeit in Zusammenarbeit mit dem Max Planck-Institut für Biochemie in Martinsried einen mit Nervenzellen besiedelten Siliziumchip präsentiert, der sich allerdings explizit auf die Messung elektrischer Potenziale kaprizierte. Zum Ende dieses Geschäftsjahrs will sich das Unternehmen nach Auskunft einer Sprecherin aber vollständig aus dem Biochipengagement zurück ziehen. Nur in Martinsried wird dann noch weitergearbeitet. Ansonsten kommen im Bereich der Neurochips nicht so sehr Silizium-, sondern vor allem Glaschips zum Einsatz, die der Altmeister der Multielektrodenarray-Technologie, Guenter Gross, heute in Texas, vor 29 Jahren am Max Planck-Institut für Psychiatrie in München entwickelt hat. Auch Neurochip-Guru Steve Potter arbeitet damit, wenn er seine Untersuchungen zu Lernverhalten und Gedächtnisbildung macht. Doch Glaschips haben Grenzen: „Der Nachteil ist, dass sie höchstens in Kleinserien gefertigt werden können und damit zur Massenproduktion ungeeignet sind“, so Graage zum DocCheck-Newsletter. Eindeutig Einzelanfertigungen sind auch die neuro-technischen Installationen der australischen Künstler von Symbiotica. Petrischalen mit Nervenzellen bewegen hier mit Hilfe von Elektroden Roboterarme oder lassen, Internet sei Dank, Figuren am anderen Ende der Welt taumelnd auf und ab marschieren. Der Übergang zwischen Natur, Technik und Kunst ist im 21. Jahrhundert fließend.

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