Lebende Nervenzellen auf einer Glasflächen können sich, dank einer Stempeltechnik aus der Mikroelektronik, zu neuronalen Netzen entwickeln. Die Technik beschränkt die Neuronen auf enge Pfade, die von Elektroden gekreuzt werden: Die technische Grundlage für robuste Netzwerke, die der grundlegenden Neuroforschung ebenso zu Gute kommen können wie den Herstellern ausgeklügelter Biosensoren. Wenn es gelingt, das Wachstum und die Verknüpfung der Nervenzellen gezielt zu beeinflussen, so lassen sich die “gestempelten” Netzwerke in Biosensoren ebenso einsetzen wie für Implantate, Prothesen oder bei der Suche nach neuen Medikamenten.
Die lithographische Technik namens “Mikro-Stempeln” bringt die Zellen in vorgegebenen Mustern und Bahnen auf die Glasoberfläche auf. “Der Mikrostempel funktioniert wie ein normaler Gummistempel. Nur ist die ‘Tinte’ hier Polylysin, ein künstliches Polymer, das oft in Zellkulturen eingesetzt wird, und die Muster sind nur Mikrometer groß, so groß wie die Zellen selbst”, erklärt Bruce Wheeler, Professor für Elektro- und Computeringenieurwesen an der
University of Illinois at Urbana Champaign.
Zusammen mit dem Mikrobiologen Gregory Brewer von der Southern Illinois University arbeitete Wheeler mit Hirnzellen von Rattenembryos. Die Zellen wurden chemisch und mechanisch getrennt und auf das Glasscheibe aufgebracht, wo sie sich selektiv an die aufgestempelten Polylysin-Muster anhefteten.
“Die Zellen reifen schnell und beginnen, elektrische Signale zu senden”, berichtet Wheeler. Dabei hielten sich die Zellen tatsächlich an die vorgegebenen Bereiche und blieben bis zu einem Monat lang aktiv, berichtete Wheeler auf einem internationalen Workshop in Tegernsee. Die gegenwärtige Schwierigkeit mit Biomaterialien, die auf vorgegebenen Mikromustern wachsen, ist ihre Langzeitstabilität und das Erhalten ihrer biologischen Aktivität, so der Forscher. Implantate auf dieser Basis neigen dazu, für eine Weile zu funktionieren und dann ihre elektrische Empfindsamkeit zu verlieren, so Wheeler. “Wenn wir die Schnittstelle zwischen elektronischen Komponenten und Nervenzellen besser verstehen und kontrollieren, könnten wir raffiniertere und länger haltende Implantate bauen.”
Dörte Saße
