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9. Januar 2019

Wassermoleküle verraten Gehirnaktivität

Ein Forscherteam der Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) entwickelt eine neue Methode, um die elektrische Aktivität der Gehirnzellen zu bestimmen. Das Verfahren könnte in Zukunft Patienten zugute kommen und bei Medikamententests helfen.

Hirnströme verraten viel über das, was im Innern des Gehirns vor sich geht. Die Messung der elektrischen Ströme ist nicht nur für die Behandlung beispielsweise von Epilepsiepatienten von Bedeutung, sondern bietet unter anderem auch viele Anhaltspunkte etwa für die Verhaltensforschung. Für die Messung von Hirnströmen werden gemeinhin Elektroden verwendet, die an der Oberfläche oder in der Tiefe des Gehirns angebracht werden. Eine zweite Messmethode besteht aus Licht emitierenden Stoffen (Luminophore), die ins Gehirn eingebracht werden. Ein Forscherteam des 'Laboratory for fundamental BioPhotonics' (LBP) an der EPFL entwickelt nun ein neues Verfahren, über das die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift 'Nature Communications' berichten.

Ausrichtung von Wassermolekülen

Bei dem Verfahren soll die elektrische Aktivität der Nervenzellen (Neuronen) über eine Analyse der sie umgebenden Wassermoleküle bestimmt werden. Eine Nervenzelle, die im Begrtiff ist, ein elektrisches Signal zu übertragen, baut zwischen Zelloberfläche und dem Zellinnern ein elektrisches Potenzial auf. Dieses Potenzial führt zu einer Änderung in der Ausrichtung der umgebenden Wassermoleküle, die sich mit Laserlicht ablesen lässt. LBP-Direktorin Sylvie Roke erläutert den physikalischen Hintergrund: „Wasser ist ein Molekül mit einer internen Ladungsseparation, was heisst, dass das Wassermolekül ein Dipolmoment hat. Unter dem Einfluss eines elektrostatischen Feldes ändert ein Dipolmoment seine Ausrichtung. Ändert sich nun das Potenzial der Nervenzelle, lässt sich diese Änderung an eimer Neuausrichtung der Wassermoleküle ablesen.“

Nutzen bei Testung von Medikamenten

Die Forscher haben ihre Methode an Zellkulturen mit Mäuse-Neuronen erfolgreich getestet. Bis das Verfahren für medizinische Anwendungen und für wissenschaftliche Zwecke zur Verfügung steht, dürften nach Auskunft von Sylvie Roke allerdings noch mehrere Jahre vergehen. Ein Einsatzgebiet wäre dann unter anderem die Testung neuer medizinischer Wirkstoffe, wie die EPFL-Wissenschaftlerin ausführt: „Die optische Antwort, also die emitierte Intensität der mit Laserlicht bestrahlten Wassemoleküle, korreliert unter anderem mit der Aktivität der Nervenzellen. Wir haben somit eine nicht-invasive und label-freie Methode zur Verfügung, mit der pharmazeutische Unternehmen den Einflusss von Wirkstoffkandidaten auf die neuronale Aktivität bestimmen können.“

Forscher der @EPFL entwickeln ein neues Verfahren zu Bestimmung von #Hirnströmen. http://bit.ly/2CZhes8 #iph
Prof. Sylvie Roke leitet an der EPFL das 'Laboratory for fundamental BioPhotonics
Prof. Sylvie Roke leitet an der EPFL das 'Laboratory for fundamental BioPhotonics

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