Hersencellen geïntegreerd met microchip

Het Belgische onderzoeksinstituut IMEC heeft een unieke microchip ontwikkeld die gebruikt kan worden voor vernieuwend en diepgaand hersenonderzoek. Op de oppervlakte van IMEC’s revolutionaire chip staan microscopische 'speldenknoppen' die contactpuntjes zijn voor hersencellen die op de chip aangebracht worden. De hersencellen groeien volledig rondom de speldenknoppen en eten ze als het ware op. Op deze manier ontstaat een heel nauw contact tussen de chip en de hersencellen, wat het mogelijk maakt om signalen die de cellen uitsturen heel precies uit te lezen. Zo kan er inzicht verkregen worden in het gedrag en de communicatiemechanismen van de cellen.

Over de werking van onze hersenen weten we nog maar heel weinig. Waar komen onze emoties vandaan? Hoe bouwen we herinneringen op? Of waar ligt de oorzaak van hersenziektes als Alzheimer of Parkinson? Er zijn nog heel wat processen in onze hersenen waar we geen inzicht in hebben. Neuronen zijn zeer plastische cellen die constant nieuwe verbindingen maken en andere verbindingen afbreken of herleggen. Maar hoe doen ze dat? En wat zijn de gevolgen daarvan voor leren en ontwikkeling?

Elektronische componenten worden steeds kleiner en chips en cellen groeien daardoor in grootte steeds meer naar elkaar toe. Gevolg is dat we tegenwoordig individuele verbindingen kunnen maken tussen chips en cellen. Maar elektronische componenten zijn opgebouwd uit materialen die vaak giftig zijn voor cellen. IMEC’s nieuwe microchip is dat niet. De speldenknopjes op de oppervlakte van de chip zijn zo gevormd en behandeld, dat cellen er zelfs omheen groeien, door een proces dat fagocytose wordt genoemd. Door het nauwe contact dat zo ontstaat, kunnen de cellen en de chip met elkaar gaan communiceren. Dat brengt een enorme hoeveelheid mogelijkheden voor nieuw diepgaand hersenonderzoek met zich mee.

Wolfgang Eberle, Project Manager Bio-elektronische systemen: “We kunnen de signalen waarmee de hersencellen communiceren opnemen en interpreteren, en we kunnen hersencellen stimuleren en kijken wat er gebeurt. Met in vitro experimenten kunnen we de werking van onze hersenen ontrafelen. En op lange termijn kunnen we die kennis dan gebruiken om diagnoses van hersenziektes te stellen. We kunnen zelfs therapieën gaan ontwikkelen, bijvoorbeeld door hersencellen te stimuleren of door nieuwe bruggen te bouwen tussen cellen en zo de communicatie te herstellen wanneer die verloren is gegaan na een herseninfarct.”

IMEC’s nieuwe chip zal een uniek onderzoeksplatform vormen voor NERF (Neuro-Electronics Research Flanders), het nieuwe onderzoeksinitiatief dat IMEC, VIB en K.U.Leuven lanceren, met de steun van de Vlaamse Overheid, om internationaal toptalent aan te trekken voor baanbrekend hersenonderzoek.