Künstliche Neuronen für Modelle neurologischer Erkrankungen
Obwohl neurologische Erkrankungen mit spezifischen Therapien behandelbar sind, mangelt es an nachhaltigen Erfolgen für viele andere Krankheitsbilder. Hierfür müssen vor allem die neurologischen Mechanismen genauer erforscht werden, die zur Krankheitsentstehung beitragen. Wegen der komplexen Verschaltung im Nervensystem ist es allerdings schwierig, eine Schnittstelle zu finden, sodass neue technische Lösungen gefragt sind. Um das Problem zu lösen, arbeitet das EU-finanzierte Projekt "Organic electronic artificial neurons" (OEAN) an einem System, dessen chemisch-elektrische Funktionsweise denen von Neuronen ähnelt. In Verbindung mit entsprechender elektronischer Hardware können neuronale Signale elektronisch überwacht werden, damit neuronale Signalwege künftig mit künstlichen Neuronen analysiert werden können. Für das Konzept eines künstlichen Neurons kombinierten die Wissenschaftler Biosensor-Technologien und elektronisch gesteuerte Wirkstofffreisetzung. Statt kommerzieller Sensoren verwendete OEAN elektrisch leitfähige Polymere für die Herstellung eines Transistor-basierten Sensors, der den exzitatorischen Neurotransmitter Glutamat detektieren kann. Da Glutamat elektrochemisch inaktiv ist, erfolgte der Abbau enzymatisch in Wasserstoffperoxid, einer Substanz, die standardmäßig mit einem Platinsensor erfasst wird. Der innovative Aspekt von OEAN bestand darin, mit Platinnanopartikeln Wasserstoffperoxidsensoren herzustellen und das Signal mit elektrochemischen Transistoren zu verstärken, was den hochempfindlichen Nachweis von Glutamat im mikromolaren Bereich erlaubt. Zudem gelang die Herstellung dieser Systeme mittels Tintenstrahldruck, was die Produktion beschleunigen und Kosten senken kann. Das OEAN-System kombiniert die elektrischen Eigenschaften eines leitfähigen Polymers mit den katalytischen Eigenschaften von Platinnanopartikeln am selben Bindungsort. Weiterhin kann das Freisetzungssystem mit verschiedenen Chemikalien beladen werden, um die Anwendbarkeit auf andere Moleküle zu erweitern, etwa zur Kontrolle von Glukose im Blut. Dadurch ist die Technologie ein viel versprechender Kandidat für die nächste Generation biometrischer Anwendungen.
Schlüsselbegriffe
Künstliche Neuronen, neurologische Erkrankungen, Biosensorik, Glutamat, Nanopartikel
