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A synaptic mechanogenetic technology to repair brain connectivity

Descrizione del progetto

Campi magnetici per le malattie cerebrali

I circuiti neurali sono percorsi nel cervello che trasmettono informazioni e controllano funzioni di vario tipo, come i movimenti, le sensazioni e le emozioni. Quando diventano disfunzionali, questi circuiti possono determinare disturbi neurologici come ad esempio l’ictus e l’epilessia. Finanziato dal Consiglio europeo per l’innovazione, il progetto SynMech si prefigge di sviluppare una nuova tecnologia, chiamata «meccanogenetica», in grado di regolare la connettività funzionale dei circuiti neurali avvalendosi di campi magnetici che riescono a penetrare il tessuto cerebrale. Impiegando nanoparticelle magnetiche funzionalizzate e sensori bioingegnerizzati, l’équipe si augura di controllare in remoto l’attività dei circuiti cerebrali in modelli murini di ictus ed epilessia. Questa tecnologia potrebbe fornire un nuovo approccio alla riparazione dei difetti legati alla connettività nel cervello senza la necessità di effettuare interventi chirurgici invasivi.

Obiettivo

We aim to develop a mechanogenetic technology to regulate functional connectivity of neural circuits, and show how it can be harnessed for therapeutic purposes in high-prevalence treatment-resistant brain disorders.

Mechanogenetics is an emerging field of health science that attempts to regulate neural networks by combining the advantages of optogenetics with those of magneto-mechanical stimulations; like optogenetics, it relies on targeted actuators to achieve circuit specificity, while exploiting magnetic fields to remotely stimulate the brain. Yet, despite solid theoretical foundations and encouraging experimental results, we are to date unable to repair a dysfunctional brain using mechanogenetics due to technological barriers in spatial resolution and in vivo implementation.

We propose an innovative solution based on functionalized biocompatible magnetic nanoparticles and bioengineered synaptic mechanosensors that synergistically integrate at specific synaptic connections to bidirectionally regulate brain circuit connectivity in response to focused magnetic fields of different frequencies delivered via high-permeability transcranial magnetic stimulators. By hijacking the signaling pathways of synaptic mechanosensors, we aim to promote a normalization of neural circuit activity that outlasts the therapeutic intervention. We will assess the capacity of the synaptic mechanogenetic toolkit to promote and depress network activity in mouse models of stroke and epilepsy.

To achieve this ambitious goal, we have gathered an interdisciplinary consortium going from material scientists and electronic experts to physiologists and clinicians. Our approach, based on magnetic fields that penetrate brain tissue unimpeded, is predicted to go beyond current therapeutic paradigms because it does not require implantation of invasive devices, and at the same time, promises to achieve subcellular resolution for repairing connectivity defects that underlie most brain disorders.

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-EIC - HORIZON EIC Grants

Coordinatore

UNIVERSITA DEGLI STUDI DI TRIESTE
Contribution nette de l'UE
€ 898 950,00
Indirizzo
PIAZZALE EUROPA 1
34127 Trieste
Italia

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Regione
Nord-Est Friuli-Venezia Giulia Trieste
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 898 950,00

Partecipanti (6)