Neuronal Tracing by Electrochemically Controlled Identification of Tragets (NeuroTraceIt)

Generell müssen implantierte neuronale Sonden vor einer histologischen Untersuchung des umgebenden neuronalen Gewebes explantiert werden. Dies stellt einen gravierenden Nachteil dar, wenn elektrophysiologische Daten mit den histologischen Befunden korreliert werden müssen. Im Nachgang ist es somit nahezu unmöglich, die exakte Position der Sonde im Gewebe und damit die Gruppe der Neuronen zu identifizieren, von der biologische Signale abgeleitet bzw. die elektrisch stimuliert wurde. In NeuroTraceIt entwickeln wir ein Konzept, das es ermöglicht, Elektroden mit einer Einfärbe-Funktion auszustatten. Diese basiert auf dem elektrisch leitfähigen Polymer PEDOT, das mit einem fluoreszierenden Farbstoff beladen wird. Dieser kann am Ende des Experiments gezielt freigesetzt werden. Hierbei wird eine fluoreszierende Markierung erzeugt, die es am Ende des Experiments ermöglicht, die Position der Sonde im Gewebe relative zu den umgebenden Neuronen zu identifizieren. Dies verbessert zum einen neurowissenschaftliche Studien, die elektrophysiologischen Messungen mit histologischen Untersuchungen kombinieren, und erlaubt es zudem, Gewebereaktionen bei elektrischer Stimulation besser zu verstehen. NeuroTraceIt wird zudem implantierbare pH Sensoren auf den Silizium-basierten Sonden integrieren, die es ermöglichen, metabolische Reaktionen im Bereich der implantierten Sonden zu messen. Die mit Sensoren ausgestatteten Sonden werden zudem die Einfärbefunktionalität erhalten. Dies gestattet es, den Zusammenhang zwischen elektrischer Stimulation, lokalen Änderungen des pH-Werts und Gewebereaktionen besser zu analysieren. Projektpartner in NeurotraceIt sind Dr. Maria Asplung (PEDOT Technologie und pH Sensoren), Prof. Ulrich Egert (Elektrophysiologie), Dr. Patrick Ruther (Silizium-basierte Sondentechnologie).

Weitere Informationen: http://www.imtek.de/professuren/materialien/projekte
Ansprechpartner: Dr. Patrick Ruther
Tel: +49 761 203-7197
Email: ruther@imtek.de

Projektbeginn: 01.03.2014
Projektende: 31.12.2018

Dr. Patrick Ruther
Stellvertretung: Prof. Dr. Oliver Paul
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

• Tobias Holzhammer
• Kirti Sharma
• Frederick Pothof

• Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG

• Heizmann S, Kilias A, Ruther P, Egert U, Asplund M: Active Control of Dye Release for Neuronal Tracing Using PEDOT-PSS Coated Electrodes IEEE T Neur Sys Reh, 2018; 26: 299-306. : https://ieeexplore.ieee.org/document/7726038
• Boehler C, Kleber C, Heizmann S, Ruther P, Hofmann U, Egert U, Ruehe J, Stieglitz T, Asplund M: Nanostructured and biofunctionalized coatings for microscale electrodes: bringing cutting edge materials science to microsystems engineered implants 2016 (10th World Biomaterials Congress, Montréal, Canada).
• Heizmann S, Holzhammer T, Kilias A, Egert U, Ruther P, Asplund M: Dye delivery from PEDOT electrodes in vivo - a new way to reconstruct recording sites 2016 (10th International Meeting on Substrate Integrated Microelectrode Arrays, Reutlingen, Germany).
• Heizmann S, Kilias A, Ruther P, Egert U, Asplund M: Active control of dye release for neuronal tracing using PEDOT-PSS coated electrodes Ieee T Neur Sys Reh, 2016; 2015 (313): 1-9.
• Heizmann S, Kilias A, Okujeni S, Boehler C, Ruther P, Egert U, Asplund M: Accurate neuronal tracing of microelectrodes based on PEDOT-dye coatings 2015 (7th Annual International IEEE EMBS Conference on Neural Engineering, Montpellier, France).
• Heizmann S, Kilias A, Ringwald P, Okujeni S, Boehler C, Ruther P, Egert U, Asplund M: Precise labeling of microelectrode positions by accurate neuronal tracing based on pedot-dye coatings 2014 (9th Forum of Neuroscience, Milano, Italy).
• Heizmann S, Kilias A, Ringwald P, Okujeni S, Böhler C, Ruther P, Egert U, Asplund M: Precise detection of recording positions by accurate neural tracing from PEDOT-based microelectrodes 2014 (Forum of Neuroscience 2014, Milano, Italy).