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NEoC – NeuroEnergetics-on-Chip: Disease modeling of impaired brain glucose metabolism using human iPSC-derived neurovascular units (NVU)-on-chip systems

Projektbeschreibung

Organchip-Modell für neurometabolische Erkrankungen

Das Gehirn ist in hohem Maße energieabhängig, und Störungen in dieser Energieversorgung oder in seinen Stoffwechselwegen können verschiedene neurologische Erkrankungen auslösen. Im Gehirn arbeiten verschiedene Zelltypen zusammen, um die Integrität der Blut-Hirn-Schranke aufrechtzuerhalten und einen ordnungsgemäßen Austausch von Nähr- und Abfallstoffen zwischen Blut und Gehirn zu gewährleisten. Diese komplexe funktionelle Interaktion, die als neurovaskuläre Einheit bezeichnet wird, ist für die Aufrechterhaltung der Homöostase des Gehirns von zentraler Bedeutung. Das Ziel des im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten Projekts NEoC besteht in der Entwicklung eines Organchip-Modells der neurovaskulären Einheit unter Einsatz induzierter pluripotenter Stammzellen. Das Team wird sich auf das Glukosetransporter-1-Defizitsyndrom konzentrieren und die Auswirkungen auf die neurovaskuläre Einheit untersuchen.

Ziel

Neurological conditions conquer the world; they are the leading cause of disability and second leading cause of death worldwide. Although there is growing evidence for the immense impact of disturbances in neurometabolism for overall brain function, only little is known about the underlying mechanisms (knowledge gap). Especially human insights are sparse due to a paucity of physiologically relevant model systems (research gap).
To address these challenges, within the scope of the NeuroEnergetics-on-Chip (NEoC) project, I am proposing the development of a novel, human iPSC-based organ-on-chip model of the neurovascular unit (NVU) that integrates all neurometabolically active NVU cell types and specifically enables the inspection of neurometabolic coupling mechanisms. To categorically cast light onto the mechanisms behind impaired metabolism of glucose, the brain’s principal energy supplier, I will build an NVU-on-Chip disease model of glucose transporter 1 deficiency syndrome (GLUT1-DS). Since GLUT1-DS is monogenic, it presents an excellent paradigm to study cellular and molecular consequences of disturbed neuroenergetics, even beyond the disease itself.
For implementation of the NEoC project, I will i) generate all neurometabolically relevant NVU cell types (endothelial cells, perivascular cells, astrocytes, microglia and neurons) from human iPSC lines derived from GLUT1-DS patients, ii) develop a novel NVU microfluidic platform addressing the shortcomings of existing NVU-on-Chip systems, and iii) build GLUT1-DS-NVU-on-Chip models to specifically study perturbations in energy metabolism, blood-brain barrier integrity and neuroinflammation as a consequence of GLUT1-DS in vitro.
The NEoC project will provide novel knowledge on the underlying mechanisms and pathophysiology of GLUT1-DS, and thereby not only benefit those afflicted by the orphan disease but impact our understanding of a variety of other CNS and metabolically linked disorders.

Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)

CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.

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