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Stretchable mesh-electrodes interfacing human iPSC brain organoids

Description du projet

Des électrodes souples, innovantes et «cultivées» avec des cellules précurseurs neurales permettront d’étudier le développement cérébral

Le cerveau contient environ 100 milliards de neurones et à peu près autant de cellules gliales. Ces cellules s’organisent pendant le développement et forment des tissus différents sur le plan structurel et fonctionnel qui collaborent pour permettre la cognition, le mouvement, les sensations, les émotions et bien plus. Les capacités de la culture cellulaire ont évolué, passant de colonies cellulaires individuelles à des structures 3D fonctionnelles agissant comme des systèmes organiques (assembloïdes). Aujourd’hui, les méthodes pour étudier et manipuler ces assembloïdes doivent se mettre à niveau. Le projet STRELECOID prévoit d’intégrer des électrodes innovantes en maille extensible dans les neurosphères, des groupes à forme libre composés de cellules précurseurs neurales. Les électrodes serviront à appliquer un influx sensoriel physiologique au «cerveau» ou à l’assembloïde en développement et à contrôler les changements. À terme, les chercheurs espèrent mieux comprendre les troubles neuropsychiatriques souvent débilitants, tels que la schizophrénie ou l’autisme.

Objectif

Recent advances in cellular engineering allow to recruit skin cells from donors and reprogram them into neural stem cells. These induced pluripotent stem cells (iPSC) bear the genetic code of the human patient. Efforts to culture these cells in-vitro have been successful in creating a wide variety of 3D arrangements called neurospheres. Because the human central nervous system is by and large inaccessible at all developmental stages, these functional tissue preparations are invaluable. Furthermore, clinical studies performed in animal models are known to translate poorly to humans and therefore these systems provide unprecedented advantages: human neurons in a controlled environment that have the genetic signature of psychiatric or mental disorders borne by the donor patient, such as Alzheimer’s or Parkinson’s disease. Finally, compared to animal studies where overwhelmingly only male animals are studied, stem cell research can operate on both sexes.
The combination of new biomaterials, genome engineering and massively parallel single-cell transcriptomics opens opportunities to precisely study human brain disease
A new exciting development is the possibility to form so-called assembloids, whereby organoids of different brain regions, as for example cortical and thalamic neural ensembles, are brought in proximity and self-assemble into anatomically correct brain regions. These approaches are necessary to study disorders like epilepsy. However these cultures lack physiological sensory input which are key in the development of mental plasticity. Here we plan to overcome this limitation by integrating new mesh-based electrodes that integrate seamlessly into brain tissue and expand symbiotically with the neurosphere as it grows, and thereby have a spatially refined mean to measure but also elicit neural activity. This will shed light on how electric maturation of these neurospheres comes about and help shape them to an anatomically more faithful brain model.

Mots‑clés

Coordinateur

FORSCHUNGSZENTRUM JULICH GMBH
Contribution nette de l'UE
€ 246 669,12
Adresse
WILHELM JOHNEN STRASSE
52428 Julich
Allemagne

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Région
Nordrhein-Westfalen Köln Düren
Type d’activité
Research Organisations
Liens
Coût total
€ 246 669,12

Participants (1)

Partenaires (1)