Das Hauptziel von Teilprojekt 1 ist zu erforschen, inwieweit induzierte neurale Stammzellen (iNSC), welche direkt aus Blutproben von Patienten gewonnen werden können, sich zur Modellierung von altersbedingten neurologischen Erkrankungen eignen und hierbei ggf. Vorteile gegenüber neuralen Stammzellen aufweisen, die über ein langwierigeres Verfahren aus induziert pluripotenten Stammzellen abgeleitet werden. Darüber hinaus sollen in diesem Teilprojekt 2D- und 3D Zellkulturmodelle für die Analyse intra- und extrazellulärer Proteinaggregate bei neurodegenerativen Erkrankungen etabliert werden.

Ziel des Teilprojektes ist es, patienten- und krankheitsspezifische zelluläre Testsysteme für die in vitro-Modellierung altersbedingter neurologischer Erkrankungen in einem skalierbaren automatisierten Verfahren zu produzieren und für Imaging-basierte Screening-Ansätze im Rahmen der pharmakologischen Wirkstoffsuche bereitzustellen. In dem hier beschriebenen Teilprojekt werden dazu insbesondere die technischen und biologischen Herausforderungen bei der Etablierung und Standardisierung von in vitro-Krankheitsmodellen auf Basis (re)programmierter neuraler Zellen (induzierter neuronaler Stammzellen (iNSC), aus induzierten pluripotenten Stammzellen generierte neuronale Stammzellen (iPSC-NSC) bzw. aus diesen Vorläuferzellen abgeleitete Neurone) adressiert.

Das Teilvorhaben wird standardisierte, patienten-nahe neuronale Stammzellmodelle für die Machado-Joseph-Krankheit (MJD) und die Alzheimersche Erkrankung (AD) nutzen, um krankheitsrelevante 2D- und 3D-Zellsysteme für die Wirkstofffindung und in vitro-Krankheitsmodellierung zu qualifizieren. Eine besondere Herausforderung dieses Teilprojektes ist die Verwendung von neuen Verfahren zur standardisierten Bereitstellung von neuronalen Stammzell (NSC)-Modellen im Mikrotiterplattenformat sowohl als Monolayer als auch als in der matrixeingebetteten 3D-Zellkultur, die zusammen mit den Projektpartnern erarbeitet und qualifiziert werden. Als Zellmodell werden induzierte neuronale Stammzell (iNSC)- und aus induzierten pluripotenten Stammzellen generierte neuronale Stammzell (iPSC-NSC) Systeme von MJD- und AD-Patienten verwendet, die durch intra- und extrazelluläre Proteinaggregation als krankheitsassoziiertem Pathophänotypen charakterisiert sind. Mittels automatisierter Hochdurchsatz-2D- und 3D-Mikroskopie werden Verfahren qualifiziert, diese pathogenen Zellmarker quantitativ zu erfassen. Die bildbasierten High-Content-Analyse (HCA) Testsysteme werden anschließend für das Screening von bioaktiven Substanzbibliotheken (‚chemogenomic screening’) genutzt. Die Wirkprofile der bioaktiven Substanzen werden analysiert, um Modulatoren der pathogenen Proteinaggregation zu identifizieren und pathogene Signalwege abzuleiten. So sollen neue Verfahren für die in vitro-Kranheitsmodellierung etabliert werden, um neue therapeutische Ansätze für MJD und AD zu erforschen.