Neural Hotwire: Wie biologische Synapsen kaputte Hirnverbindungen umgehen

Was die Studie zeigt

Im Gegensatz zu bestehenden Werkzeugen, die häufig viele Zellen gleichzeitig beeinflussen, ermöglicht dieser Ansatz selektive und lang anhaltende Veränderungen in der Funktionsweise definierter Hirnschaltkreise.

Die LinCx-Technologie erzeugt einen selektiven elektrischen Bypass zwischen definierten Neuronen und ermöglicht damit langfristige Veränderungen der Hirnschaltkreis-Funktion ohne externe Hardware. Quelle: Neuroscience News Die Studie wurde am 13.

Mai 2026 in Nature veröffentlicht. „Durch die Einführung einer Methode, um neue elektrische Verbindungen mit zellulärer Präzision herzustellen, stellt unsere Studie einen wichtigen Fortschritt in der Fähigkeit dar, die Hirnschaltkreise zu bearbeiten und zu verstehen, wie neuronale Netzwerke Verhalten hervorrufen", sagte Dzirasa, A.

Was die Studie zeigt

Eugene und Marie Washington Presidential Distinguished Professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften, Verhaltensmedizin und Neurowissenschaften.

Statt defekte Synapsen zu reparieren, installiert die Technik eine neue elektrische „Umleitung" zwischen spezifischen Neuronen und stärkt die Kommunikation, ohne bestehende Verbindungen direkt zu modifizieren. Die Technologie basiert auf Proteinen, die ursprünglich bei Fischen vorkommen und bilden.

Durch Protein-Engineering haben die Forscher diese Moleküle so umgestaltet, dass sie nur mit einem passenden, ebenfalls modifizierten Partner andocken und nicht mit natürlichen Proteinen im Gehirn.

Was die Studie zeigt

Im Labor wurden mittels Screening, einschließlich einer neu entwickelten fluoreszenzbasierten Assay-Methode, Paare mit hoher Spezifität identifiziert, die elektrische Signale zuverlässig zwischen Zellen übertrugen.

Bei Mäusen stärkten die gezielt hergestellten elektrischen Verbindungen die Kommunikation innerhalb spezifischer Schaltkreise, veränderten Aktivitätsmuster im gesamten Gehirn und führten zu messbaren Verhaltensänderungen, einschließlich sozialer Interaktionen und Stressreaktionen.

Das Team demonstrierte die Vielseitigkeit des Systems sowohl bei Würmern als auch bei Mäusen. Bei Würmern führte das Hinzufügen neuer Verbindungen zu einer Veränderung des Temperaturverhaltens.

Was die Studie zeigt

Bei Mäusen verstärkten gezielt hergestellte elektrische Verbindungen die Kommunikation innerhalb spezifischer Schaltkreise, formten neu die Aktivitätsmuster im gesamten Gehirn und führten zu messbaren Verhaltensänderungen, einschließlich sozialer Interaktionen und Stressreaktionen. „Seit Jahrzehnten fehlt der Neurowissenschaft das Werkzeug, um die Kommunikation zwischen spezifischen Zelltypen präzise zu steuern", sagte Dzirasa.

Medikamente, elektrische Stimulation und Optogenetik wirken in der Regel auf breite Zellpopulationen, während frühere Versuche, elektrische Synapsen einzusetzen, oft zu unbeabsichtigten Verbindungen führten.

LinCx überwindet diese Einschränkungen und könnte diese Werkzeuge verbessern, ohne externe Stimulation zu erfordern. „Als nächstes werden wir testen, ob LinCx leistungsfähig genug ist, um synaptische Defizite zu überwinden, die durch lebenslange genetische Störungen induziert wurden", fügte er hinzu. Weitere Autoren: Elizabeth Ransey, Gwenaëlle E.

Thomas, Ryan Bowman, Elise Adamson, Kathryn

Thomas, Ryan Bowman, Elise Adamson, Kathryn K. Walder-Christensen, Hannah Schwennesen, Caly Ferguson, Stephen D. Mague, Nenad Bursac. Förderung: Burroughs Wellcome Fund, Ernest E. Just Life Science Institute, Hartwell Foundation, Hope for Depression Research Foundation, Howard Hughes Medical Institute und die National Institutes of Health.

Zentrale Fragen beantwortet: A: Wissenschaftler nutzen Protein-Engineering, um passende molekulare „Partner" zu erzeugen. Wenn diese Proteine an spezifischen Neuronen zusammentreffen, docken sie zusammen und bilden eine funktionelle elektrische Brücke (eine elektrische Synapse), die es Signalen ermöglicht, direkt zwischen den Zellen zu übergehen.

A: Obwohl die Studie Veränderungen im Sozialverhalten und im Stressverhalten bei Mäusen zeigte, ist das unmittelbare Ziel medizinischer Natur: die Überwindung synaptischer Defizite, die durch genetische Störungen oder neurologische Erkrankungen verursacht werden.

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Die Präzision des Werkzeugs ist darauf ausgelegt, eine gesunde Funktion wiederherzustellen, anstatt willkürlich Merkmale zu „editieren". A: Dies deutet auf eine Zukunft hin, in der externe Elektroden oder Hardware nicht mehr benötigt werden.

Da LinCx eine rein biologische Intervention darstellt, könnte sie potenziell interne, unterbrochene Schaltkreise dauerhaft reparieren. Herausgeberische Anmerkungen: Dieser Artikel wurde News bearbeitet. Zusätzliche Kontextinformationen wurden ügt.

Über diese Neuigkeiten zur Neurowissenschaftstechnologie Autor: Fedor Kossakovski Quelle: Duke University Kontakt: Fedor Kossakovski – Duke University Bild: Das Bild wird Neuroscience News zugeschrieben Ursprüngliche Forschung: Open Access. „Langfristige Bearbeitung elektrischen Synapses", Gwenaëlle E. Thomas, Elias M.

Technik und Auswirkungen

Wisdom, Agustin Almoril-Porras, Ryan Bowman, Elise Adamson, Kathryn K. Walder-Christensen, Jesse A. White, Dalton N. Hughes, Hannah Schwennesen, Caly Ferguson, Kay M. Tye, Stephen D. Mague, Longgang Niu, Zhao-Wen Wang, Daniel Colón-Ramos, Rainbo Hultman, Nenad Bursac & Kafui Dzirasa.

Nature DOI:10.1038/s41586-026-10501-y Langfristige Modifikation elektrisches Synapsen Elektrische Signale zwischen verschiedenen Populationen für kognitive und emotionale Funktionen. Dennoch bleiben Ansätze zur selektiven Regulation elektrischer Signale zwischen zwei zellulären Komponenten eines mammalischen neuronalen Netzwerks rar.

Hier haben wir eine elektrische Synapse konstruiert, die aus zwei Connexin-Proteinen besteht, die in Morone americana (Weißer Hecht) vorkommen – Connexin 34.7 und Connexin 35 –, um die Modulation mammalischer Netzwerke zu ermöglichen.

Technik und Auswirkungen

Durch die Ausnutzung, die Entwicklung eines neuen in-vitro-Systems zur Prüfung des Andockverhaltens ämikanälen sowie computergestützte Modellierung von Hämikanal-Interaktionen haben wir ein strukturelles Motiv identifiziert, das zur Bildung elektrischer Synapsen beiträgt.

Durch gezielte Ausrichtung auf dieses Motiv haben wir Connexin 34.7- und Connexin 35-Hämikanäle entwickelt, die miteinander andocken, um eine elektrische Synapse zu bilden, jedoch nicht mit anderen in der zentralen Nervensystem von Säugetieren exprimierten Haupt-Connexinen.

Wir haben diese elektrische Synapse in vivo an Würmern (Caenorhabditis elegans) und Mäusen (Mus musculus) validiert. Wir zeigen, dass sie die Kommunikation in neuronalen Schaltkreisen, die aus Paaren unterschiedlicher Zelltypen bestehen, verstärken und das Verhalten entsprechend modifizieren kann.

Damit etablieren wir „Langfristige Integration " (LinCx) für präzises Schaltkreis-Editing bei Säugetieren.