Ein Forschungsteam der North Carolina State University hat eine neue Klasse von kostengünstigen, skalierbaren Sensoren vorgestellt, die die elektrische Aktivität in menschlichen Hirn-Organoiden überwachen können. Da elektrische Signale für das Verständnis der Gehirnfunktion entscheidend sind, bietet dieser technologische Fortschritt neue Werkzeuge zur Erforschung von neurologischen Entwicklungs- und genetischen Erkrankungen wie dem Angelman-Syndrom.
Menschliche Hirn-Organoide sind millimetergroße Gewebestrukturen, die aus Stammzellen gezüchtet werden und Zelltypen verschiedener Hirnregionen enthalten. Diese Organoide sind in der Forschung von großer Bedeutung, da sie es Wissenschaftlern ermöglichen, neurologisches Verhalten und genetische Mechanismen auf eine Weise zu untersuchen, die mit Tiermodellen nicht möglich ist. Das Angelman-Syndrom ist beispielsweise eine genetische Erkrankung, die zu Entwicklungsverzögerungen, geistiger Behinderung und motorischen Problemen führt. Menschliche Hirn-Organoide sind eine wertvolle Plattform für die Erforschung ihrer genetischen Grundlagen und Behandlungsmethoden.
Amay Bandodkar, Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik an der North Carolina State University und korrespondierender Autor der Studie, erklärt: „Tiermodelle erfassen die Komplexität des menschlichen Gehirns nicht wirklich, was einer der Gründe ist, warum menschliche Hirn-Organoide für die Gehirnforschung so attraktiv sind.“ Navya Mishra, Doktorandin und Erstautorin der Studie, fügt hinzu: „Eine Herausforderung bei der Erforschung menschlicher Hirn-Organoide sind die erheblichen Unterschiede zwischen den Proben, weshalb eine große Anzahl von Proben für zuverlässige Ergebnisse benötigt wird. Die derzeit verfügbaren Sensoren sind jedoch teuer, was den Umfang der Forschung einschränkt – in der Regel werden weniger als zehn Organoide pro Studie verwendet.“
Um das Kostenproblem zu lösen, entwickelte das Team ein Gerät namens CAMEO (Conformal Array for Monitoring Electrophysiology in Organoids). CAMEO besteht aus zwölf schwebenden Kohlenstoffnanoröhren-Drähten, die zu einer korbähnlichen Form angeordnet und so behandelt wurden, dass sie flexibel und empfindlich für elektrische Signale bleiben. Das Organoid schwebt in diesem Korb, wobei jedes Drahtende als Elektrode fungiert, um elektrische Signale zu erfassen und über die Kohlenstoffnanoröhren-Drähte an ein Aufzeichnungsgerät zu übertragen. In Tests konnte CAMEO erfolgreich die elektrische Aktivität mit niedriger Amplität in Organoiden sowie durch chemische Stimulation ausgelöste Signalveränderungen überwachen.
Albert Keung, außerordentlicher Professor für Chemie- und Biomolekulartechnik und Mitautor der Studie, sagt: „Das Ziel unserer Arbeit war es, einen Sensor zu entwickeln, der gut funktioniert, auf kostengünstige Weise skalierbar und einfach zu bedienen ist.“ Mishra weist darauf hin: „CAMEO bietet eine vergleichbare Leistung wie bestehende Technologien, verwendet jedoch günstigere Materialien, ist einfacher herzustellen und senkt die Kosten deutlich, was eine großflächige Anwendung erleichtert. Wir hoffen, dass viele Labore CAMEO übernehmen werden und ein standardisiertes Datenerfassungsformat den Austausch von Forschungsdaten fördert.“ Dieser kostengünstige Sensor könnte die Ausweitung der Forschung zu genetischen Erkrankungen vorantreiben und die damit verbundenen Kosten senken.
Veröffentlichungsdetails: Autor: Matt Shipman, North Carolina State University; Titel: „Scalable sensors lower the cost of studying genetic disorders“; Veröffentlicht in: „npj Biosensing“ (2026); Journalinformationen: npj Biosensing
