Reutlingen Neurochip erfolgreich im Markt platziert

Der Neurochip des neuen Mess- und Stimulationssystems CMOS-MEA5000 filmt die elektrische Aktivität eines Nervenzellnetzwerks mit Mikrosekunden- und Mikrometer-Genauigkeit. Im Zentrum wird ein fluoreszenzmarkiertes Netzwerk einer Retina gezeigt, dessen Aktivität mit dem Neurochip gefilmt und elektrisch stimuliert werden kann.
Der Neurochip des neuen Mess- und Stimulationssystems CMOS-MEA5000 filmt die elektrische Aktivität eines Nervenzellnetzwerks mit Mikrosekunden- und Mikrometer-Genauigkeit. Im Zentrum wird ein fluoreszenzmarkiertes Netzwerk einer Retina gezeigt, dessen Aktivität mit dem Neurochip gefilmt und elektrisch stimuliert werden kann. © Foto: NMI
Reutlingen / ANKE FELLMANN 02.04.2015
Ein neues Mess- und Stimulationssystem nimmt die Kommunikation von Nervenzellen in Echtzeit auf und ermöglicht damit lang erhoffte Grundlagenforschung. Sein Herzstück ist ein leistungsfähiger Neurochip.

Für die Enträtselung neurologischer und neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer, Depression oder verschiedene Erblindungsformen verspricht ein neues Mess- und Stimulationssystem Hoffnung. Herzstück des neuen Systems ist ein Neurochip, der in bisher unerreichter Präzision die Kommunikation zwischen Nervenzellen aufnehmen und stimulieren kann. So lassen sich wertvolle Analyse-Daten über die komplexen Verschaltungen des Neuronen-Dschungels im menschlichen Hirn sammeln und über gezielte Stimulation beeinflussen.

Das 2015 erfolgreich in den Markt eingeführte Produkt ist das Ergebnis gelungener Gemeinschaftsforschung im Rahmen zweier Projekte des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Es zeigt, wie Forschungstransfer von der Grundlagenforschung über die anwendungsorientierte Entwicklung bis zum marktreifen Produkt par excellence gelingen kann. Entwicklungspartner waren das Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut an der Universität Tübingen (NMI), das Fachgebiet Sensorik und Aktuatorik an der Technischen Universität Berlin und das mittelständische Unternehmen Multi Channel Systems MCS GmbH, das modernste Geräte für die Neurowissenschaften entwickelt und anbietet.

Der Kommunikationsfluss von Nervenzellen bindet Millionen von Nervenzellen ein und ist äußerst komplex. Die eingehenden Informationen werden über eine Kombination elektrischer und chemischer Prozesse analysiert, gehemmt oder verstärkt und dann weitergeleitet. In Millisekunden werden so Millionen von Signalen ausgetauscht, um beim Menschen die koordinativen und kognitiven Fähigkeiten zu gewährleisten. Insgesamt stehen mehr als 100 Milliarden Nervenzellen im ständigen Informationsaustausch. Aufschlüsse über ihre Funktionsweise und ihr Zusammenwirken können ein erster Schritt sein, bisher unheilbare Krankheiten zu entschlüsseln.

Fallen bei neurologischen Erkrankungen Nervenzellen aus, müssen die verbliebenen Zellen in ihrer Arbeit optimal unterstützt werden. Auf dieser Grundidee setzt der Neurochip an: Wird in erkrankten Zellverbünden elektrische Nervenzell-Aktivität gemessen, kann ein Neurochip innerhalb kürzester Zeit stimulierend eingreifen. Das neue Mess- und Stimulierungssystem filmt die Aktivität der Nervenzellen wie der Kamerachip eines Smartphones, nur 1000 Mal schneller. Bis zu 5000 rein kapazitiv koppelnde Elektroden lesen die Nervenzellsignale auf dem Chip aus. Integrierte Transistoren verstärken die schwachen Signale der Nervenzellen im Mikrosekundentakt und mit Mikrometer-genauer Auflösung. Über weitere 1000 Stimulationsstellen kann auf das Nervenzellnetzwerk Einfluss genommen werden.

Die Analysedaten geben Auskunft darüber, wie Zellverbände oder einzelne Zellen über einen längeren Zeitraum auf elektrische Stimulation oder pharmakologische Substanzen reagieren. "Der Neurochip versetzt uns erstmalig in die Lage, einen point of care' auf zellulärer Ebene zu implementieren. Der hochaufgelöste Einblick in lebende Nervenzellen eröffnet neue Wege für zahlreiche Anwendungen in der Bioelektronischen Medizin, der Biotechnologie und in der Hirnforschung", beschreibt Dr. Günther Zeck, Leiter der Forschungsgruppe Neurochip am NMI, den Mehrwert der Entwicklung. Das neue Mess- und Stimulationssystem, dessen bioelektronische Sensorik die TU Berlin entwickelt hat, wird unter dem Namen CMOS-MEA5000 von der Firma Multi Channel Systems hergestellt und vertrieben.

NMI: Gründungsmitglied der ZUSE-Forschungsgemeinschaft

Die institutionelle Industrieforschung mit einem Potenzial von bundesweit rund 130 Wissenschaftsinstituten schloss sich vergangene Woche in Berlin zur Deutschen Industrieforschungsgemeinschaft Konrad Zuse e.V. zusammen. Damit bekommt die dritte Säule der deutschen Forschungslandschaft neben Hochschulen und den vier Großforschungsgesellschaften erstmals Vertretung und Stimme. Das Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut (NMI) gehört zusammen mit sechs weiteren Instituten der Innovationsallianz Baden-Württemberg zu den Gründungsmitgliedern.

Der technologie- und branchenoffene Verband geht mit 68 Forschungseinrichtungen aus zwölf Bundesländern an den Start und deckt ein breites Spektrum wirtschaftsnaher Forschungskompetenzen ab. Die Mitglieder unterstützen die Wirtschaft in den prioritären Zukunftsaufgaben Deutschlands mit den Themenfeldern "Nachhaltiges Wirtschaften und Energie, Gesundheit, Intelligente Mobilität, Information und Kommunikation sowie Sicherheit".

Präsident der Zuse-Gemeinschaft ist Dr. Ralf-Uwe Bauer, Direktor des Thüringischen Instituts für Textil- und Kunststoff-Forschung e.V. (TITK), Rudolstadt. Auf der Festveranstaltung zur Gründung der Interessenvertretung bezeichnete er diesen Schritt als notwendig und überfällig. "Die Bündelung des Industrieforschungspotenzials wird dessen positive Wirkung auf die Innovationstätigkeit des Mittelstands spürbar verstärken", gab sich Bauer überzeugt. Als Partner des Mittelstands mit über 100 000 regelmäßig innovativ aktiven Unternehmen gelte es zudem, bestehende Wettbewerbsverzerrungen und Ungleichbehandlungen zum Beispiel bei Förderung und Projektausschreibungen zu überwinden.

NMI-Institutsleiter Prof. Hugo Hämmerle gab auf der Festveranstaltung zur Gründung der ZUSE-Forschungsgemeinschaft einen Überblick über das Leistungsspektrum des NMI und der anderen Gründungsmitglieder. Dabei lenkte er mit vielen Transferbeispielen besondere Aufmerksamkeit auf den erfolgreichen Forschungs- und Technologietransfer in Baden-Württemberg. Die auf Industrieforschung fokussierte jüngste deutsche Forschungsgemeinschaft trägt den Namen Konrad Zuse. Der Ingenieur, Erfinder und Unternehmer Konrad Zuse verkörpert mit seiner Person, was die Institute der ZUSE-Forschungsgemeinschaft ausmacht: den Brückenschlag zwischen Idee und Markt.

SWP

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