Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) haben einen bedeutenden Fortschritt in der Neurowissenschaft erzielt, indem sie ein neuartiges 3D-Material entwickelt haben, das es menschlichen Gehirnzellen ermöglicht, im Labor zu wachsen und effektiv zu kommunizieren. Herkömmliche 3D-Zellkulturen sind oft zu starr oder instabil, um realistische Abbildungen von Gehirnzellen zu bieten. Das interdisziplinäre Team, geleitet von Dr. Stefan Schröder, hat „Aerohydrogels“ hergestellt, die als ultraleichte, hohlfaserige Gerüste fungieren.

Diese innovativen Aerohydrogels bieten den für die Forschung erforderlichen Raum, um sowohl Astrozyten als auch Mikroglia ein realistisches Umfeld zu bieten. In Zusammenarbeit mit Forschenden der Harvard Medical School und der University of Oxford wurde die Wirksamkeit des Materials untersucht, und die Ergebnisse wurden im Journal „Chem & Bio Engineering“ veröffentlicht.

Aufbau und Eigenschaften der Aerohydrogels

Die Gerüste basieren auf tetrapodalen Zinkoxid-Kristallen (t‑ZnO), welche ein stabiles 3D-Skelett bilden. Nach der Entfernung des Zinkoxids bleibt eine leichte Hydrogel-Struktur übrig, die Nähr- und Signalstoffe durchlässt. Die Aerohydrogels zeichnen sich durch ihre Stabilität und Flexibilität in Bezug auf Porengröße, Mechanik und Oberflächenchemie aus. Diese Eigenschaften können gezielt angepasst werden, um verschiedene Gewebearten zu imitieren.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Verwendung der iCVD-Beschichtungstechnologie, die nicht nur in der Forschung, sondern auch im Startup „conformally“ Anwendung findet.

Untersuchung neuronaler Prozesse

In ihren Experimenten arbeiteten die Forschenden mit menschlichen Gehirnzellen, insbesondere mit Astrozyten und Mikroglia. Um Entzündungsreaktionen zu testen, kam das Lipopolysaccharid (LPS) zur Anwendung. Die Reaktion der Mikroglia variierte je nach Kulturbedingungen: Während sie in Solo-Kulturen kräftiger agierten, zeigten sie in Co-Kulturen mit Astrozyten eine abgeschwächte Reaktion auf Entzündungen.

Diese Erkenntnisse sind bahnbrechend, da sie die Möglichkeit bieten, authentischere Untersuchungen neuronaler Prozesse und der Zellkommunikation zu ermöglichen. Langfristig könnten die Aerohydrogels nicht nur zur Nachbildung von beschädigtem Gewebe im Labor beitragen, sondern auch dazu dienen, die Anzahl von Tierversuchen in der Neurowissenschaft zu reduzieren.

Zusammenfassend zeigen die Entwicklungen an der CAU, wie interdisziplinäre Forschung und innovative Materialien die wissenschaftliche Untersuchung des menschlichen Gehirns revolutionieren können. Diese Fortschritte könnten weitreichende Auswirkungen auf die Zukunft der Neurowissenschaften und der regenerativen Medizin haben.