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# Biologie # Bioengineering

inkube: Eine neue Art, Neuronen zu studieren

Entdecke, wie inkube die Hirnforschung und Neuronenbeobachtung verändert.

Benedikt Maurer, Selina Fassbind, Tobias Ruff, Jens Duru, Giusy Spacone, Theo Rodde, János Vörös, Stephan J. Ihle

― 6 min Lesedauer


inkube: Neuronen unter inkube: Neuronen unter dem Mikroskop Beobachtung von Neuronen. inkube revolutioniert die Forschung und
Inhaltsverzeichnis

inkube ist ein neues, günstiges Gerät, das entwickelt wurde, um zu studieren, wie Gehirnzellen, oder Neuronen, sich verhalten und miteinander interagieren. Stell dir das wie ein Hightech-Aquarium für Neuronen vor, wo Forscher beobachten können, wie sie herumschwimmen, Freundschaften schliessen und sogar auf verschiedene Reize reagieren – und das alles, während sie es gemütlich und bequem haben. inkube ermöglicht Wissenschaftlern, die Umgebung zu manipulieren und zu beobachten, wie diese mikroskopischen Kreaturen reagieren, was den Weg für Durchbrüche im Verständnis der Gehirnfunktion und der Behandlung neurologischer Erkrankungen ebnet.

Warum Neuronen studieren?

Neuronen sind die Bausteine des Gehirns, verantwortlich für das Senden von Signalen im gesamten Körper. Wenn diese Neuronen nicht richtig funktionieren, kann das zu verschiedenen neurologischen Erkrankungen führen, wie Alzheimer oder Parkinson. Durch das Studium, wie Neuronen arbeiten, hoffen Wissenschaftler, die Geheimnisse des Gehirns zu entschlüsseln und neue Behandlungen zu entwickeln. Die Herausforderung war schon immer, einen zuverlässigen Weg zu finden, diese winzigen Zellen zu beobachten, während sie ihre natürliche Umgebung behalten.

Die Herausforderungen beim Studium von Neuronen

Neuronen zu studieren ist nicht so einfach wie Fische beim Schwimmen zuzuschauen. Das Gehirn ist ein komplexes Organ, und verschiedene Faktoren – wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Nährstoffe – können beeinflussen, wie Neuronen sich verhalten. Es ist ein bisschen so, als würde man versuchen, einen Kuchen zu backen, während sich die Ofentemperatur ständig ändert. Um konsistente Ergebnisse zu erzielen, müssen Forscher eine stabile Umgebung für ihre Neuronen schaffen. Hier kommt inkube ins Spiel.

Was kann inkube tun?

inkube gibt Forschern die Möglichkeit, viele Faktoren zu kontrollieren, die das Verhalten von Neuronen beeinflussen:

  1. Temperaturkontrolle: Genauso wie wir uns bei bestimmten Temperaturen wohler fühlen, haben Neuronen auch ihre Vorlieben. inkube sorgt dafür, dass die Temperatur genau richtig für die Neuronen bleibt.

  2. Luftfeuchtigkeitskontrolle: Zu trocken? Zu feucht? Nicht bei inkube! Es schafft die perfekte Atmosphäre, damit Neuronen gedeihen können.

  3. CO2-Kontrolle: Neuronen müssen auch atmen! inkube hält die richtigen CO2-Werte, damit die Zellen glücklich und gesund bleiben.

  4. Flüssigkeitsmanagement: inkube kann Flüssigkeiten automatisch aus der Neuronenumgebung hinzufügen oder entfernen, damit sie die richtigen Nährstoffe haben, ohne dass die Forscher alle fünf Minuten eingreifen müssen.

Der Aufbau von inkube

inkube besteht aus mehreren Schichten, die jeweils für eine bestimmte Funktion verantwortlich sind, ähnlich wie ein gut organisiertes Sandwich:

  • Inkubationsschicht: Hier leben die Neuronen. Es enthält die Neuronen und die gesamte Ausrüstung, die benötigt wird, um ihre Aktivität zu messen. Es ist wie ihre eigene kleine Penthouse-Suite.

  • Belüftungsschicht: Diese Schicht sorgt dafür, dass alles kühl bleibt. Sie ermöglicht die Luftzirkulation, was bei der Temperaturregulation hilft – sozusagen wie eine mini Klimaanlage.

  • Elektronikschicht: Hier befinden sich all die Hightech-Gadgets und -Geräte, die inkube zum Laufen bringen. Hier passiert die Magie!

  • Fluidikschicht: Die unterste Schicht ist für das Management der Flüssigkeiten verantwortlich. Sie sorgt dafür, dass alles reibungslos läuft, fast wie eine gut geölte Maschine.

Messung der Neuronenaktivität

Wie wissen wir also, ob unsere Neuronen eine Party feiern oder einfach nur rumhängen?

inkube nutzt eine spezielle Art von Technologie, die als Mikroelektrodenarrays (MEAs) bezeichnet werden, um den Gesprächsverkehr unter den Neuronen zu belauschen. Das sind winzige Sensoren, die zwischen den Neuronen platziert werden und die elektrischen Signale auffangen können, die sie senden. Indem diese Signale aufgezeichnet werden, können Wissenschaftler sehen, wie aktiv die Neuronen sind und wie sie auf verschiedene Bedingungen reagieren.

Die Genialität von Open Source

inkube ist Teil der Open Hardware Bewegung, was bedeutet, dass alle Pläne, Anleitungen und Teile für jeden verfügbar sind, der sein eigenes bauen möchte. Dieser Ansatz fördert Kreativität und Zusammenarbeit in der Wissenschaft. Forscher aus verschiedenen Orten können inkube an ihre speziellen Bedürfnisse anpassen, was es zu einem vielseitigen Werkzeug für das Studium der Gehirnaktivität macht.

Experimente und Ergebnisse

Forscher haben bereits begonnen, inkube für verschiedene Experimente zu nutzen. Zum Beispiel haben sie getestet, wie sich die Änderung der Temperatur auf die Neuronenaktivität auswirkt. Spoiler-Alarm: Neuronen neigen dazu, aktiver zu werden, je wärmer es wird! Sie haben auch untersucht, was passiert, wenn der Flüssigkeitsstand in den MEAs sinkt, um Verdunstung zu simulieren. Die Ergebnisse zeigten, dass Neuronen ihre Aktivität verlangsamen können, wenn die Umgebung weniger stabil wird.

Ein Blick in die Zukunft

inkube stellt einen Schritt nach vorne in der Suche nach dem Verständnis des Gehirns dar. Mit seiner Fähigkeit, mehrere Faktoren gleichzeitig zu kontrollieren, eröffnet es neue Forschungswege. Stell dir eine Zukunft vor, in der wir besser verstehen können, wie Erinnerungen entstehen oder wie Krankheiten sich entwickeln. Es geht nicht nur darum, das Gehirn zu verstehen; es geht darum, eine gesündere Zukunft zu schaffen.

Warum sollte dir das wichtig sein?

Während die feinen Details von Neuronen und Gehirnaktivitäten weit von unserem Alltag entfernt erscheinen mögen, sind die Auswirkungen des Verständnisses, wie unser Gehirn funktioniert, tiefgreifend. Egal, ob es darum geht, neue Behandlungen für neurodegenerative Krankheiten zu entwickeln, die Therapien für psychische Gesundheit zu verbessern oder einfach nur zu begreifen, warum wir so denken, wie wir denken, sind Werkzeuge wie inkube entscheidend, um die Geheimnisse des menschlichen Gehirns zu entschlüsseln.

Fazit

inkube führt den Weg in der Gehirnforschung an und bietet eine neue Plattform für Wissenschaftler, um Neuronen in einer kontrollierten, reproduzierbaren Umgebung zu studieren. Mit seinem günstigen und flexiblen Design wird inkube ein wertvolles Werkzeug für Forscher sein, die versuchen, eines der komplexesten Organe in unserem Körper zu verstehen. Es ist ein Gerät, das nicht nur darauf abzielt, im Labor für Aufruhr zu sorgen, sondern auch die Hoffnung trägt, bedeutende Beiträge zur Welt der Neurowissenschaften zu leisten. Wer hätte gedacht, dass etwas, das für winzige Gehirnzellen entworfen wurde, so einen grossen Einfluss auf die menschliche Gesundheit haben könnte? Das ist auf jeden Fall ein Gedanke wert bei einer Tasse Kaffee!

Originalquelle

Titel: Inkube: An all-in-one solution for neuron culturing, electrophysiology, and fluidic exchange

Zusammenfassung: Culturing neuronal networks in vitro is a tedious and time-consuming endeavor. In addition, how the composition of the culture medium and environmental variables such as temperature, osmolarity, and pH affect the spiking behavior of neuronal cultures is difficult to study using electrophysiology. In this work, we present "inkube", an incubation system that has been combined with an electrophysiology setup and a fully automatic perfusion system. This setup allows for the precise measurement and control of the temperature of up to 4 microelectrode arrays (MEAs) in parallel. In addition, neuronal activity can be electrically induced and recorded from the MEAs. inkube can continuously monitor the medium level to automatically readjust osmolarity. Using inkubes unique capability to precisely control the environmental variables of a neural culture, we found that medium evaporation influences the spiking response. Moreover, decreasing medium temperature by only 1.5{degrees}C significantly affected spike latency, a measure commonly used to show plasticity in in vitro experiments. We finally provide a proof-of-concept experiment for drug screening applications, where inkube automatically and precisely varies the concentration of magnesium ions in the medium. Given its high level of autonomy, the system can record, stimulate, and control the medium continuously without user intervention. Both the hardware and the software of inkube are completely open-source. HighlightsO_LILow-cost, open-hardware/open-software electrophysiology setup C_LIO_LIFull incubation solution: Temperature, CO2, and humidity control C_LIO_LIPerfusion system for automatic fluidic exchange and drug testing with volume feedback C_LI

Autoren: Benedikt Maurer, Selina Fassbind, Tobias Ruff, Jens Duru, Giusy Spacone, Theo Rodde, János Vörös, Stephan J. Ihle

Letzte Aktualisierung: 2024-12-11 00:00:00

Sprache: English

Quell-URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.06.627248

Quell-PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.06.627248.full.pdf

Lizenz: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Änderungen: Diese Zusammenfassung wurde mit Unterstützung von AI erstellt und kann Ungenauigkeiten enthalten. Genaue Informationen entnehmen Sie bitte den hier verlinkten Originaldokumenten.

Vielen Dank an biorxiv für die Nutzung seiner Open-Access-Interoperabilität.

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