Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Magnetfeldgesteuerte Neurotechnologie durch fortschrittliche magnetische Nanomaterialien
Der Vortrag wird auf Englisch gehalten
Die Materialwissenschaft spielt eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung magnetischer Felder in verschiedene neuronale Manipulationsmechanismen mithilfe von Nanomaterialien. Magnetische Materialien sind im Bereich der Neuromodulation besonders interessant, denn sie ermöglichen eine drahtlose Interaktion mit externen Magnetfeldern ohne räumliche Einschränkungen, da Magnetfelder für biologisches Gewebe transparent sind. Eine Anwendung magnetischer Nanopartikel ist die hysteresegesteuerte Erwärmung in hochfrequenten alternierenden Magnetfeldern (MFs), wodurch eine präzise Modulation der neuronalen Aktivität im tiefen Gehirn durch Aktivierung chemosensorischer Ionenkanäle möglich ist. Neuartige anisotrope Magnetit-Nanomaterialien, z.B. Magnetit-Nanodiscs, haben die Fähigkeit, Drehmomente im Piconewtonbereich zu erzeugen, wodurch die selektive Aktivierung von Mechanorezeptoren in Nervengeweben erleichtert wird. Und schließlich ermöglicht die Integration von anisotropem Magnetit als ferromagnetische Kerne in 1D- und 3D-Einbettungen eine effiziente Umwandlung von Magnetfeldern in elektrische Potentiale und eröffnet somit Möglichkeiten für eine drahtlose elektrische Neuromodulation. Eine sorgfältige Oberflächentechnik lässt darüber hinaus gezielte Interaktionen mit neurobiologischen Systemen zu. In Kombination mit innovativem Materialdesign führt dies zu Fortschritten, die vielversprechend für die Revolutionierung neuronaler Schnittstellen und Neurostimulationsinstrumente sind und somit weniger invasive und präzisere Eingriffe ermöglichen.
Zur Person
Nach ihrem MSc-Abschluss in angewandter Chemie an der Universität Zagreb (Kroatien) begann Danijela Gregurec 2011 ihre Promotion am Biomaterialien-Forschungszentrum biomaGUNE (Spanien) bei Dr. Moya. Ihr Hauptaugenmerk lag auf der Gestaltung biokompatibler und bioresponsiver anorganischer Grenzflächen, die der extrazellulären Matrix ähneln. Sie verwendete diese Materialien, um zu untersuchen, wie chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften der Materialien die Interaktionen mit Zellen beeinflussen. Einige ihrer Ansätze beinhalteten die kontrollierte Freisetzung bioaktiver Ionen von polymeren Oberflächen und die Nutzung bioinspirierter Substratbeschichtungen. Diese Systeme ermöglichten mechanistische Studien von Zell-Oberflächen-Interaktionen und die Bestimmung von Komponenten, die die Zell-Substrat-Interaktionen fördern.
Im Jahr 2014 besuchte sie als Marie-Curie-Stipendiatin das Labor von Prof. Azzaroni am INIFTA (Argentinien), um elektrochemische Charakterisierungsmethoden in Studien von Biopolymerbeschichtungen zu verwenden, die in der Gewebetechnik eingesetzt werden. Später im selben Jahr wurde sie an das ZIK HIKE (Deutschland) eingeladen, um mit Prof. Delcea die nanomechanischen Eigenschaften von titanhaltigen Implantatoberflächen mittels Rasterkraftspektroskopie zu untersuchen.
2016 trat sie der Bioelectronics Group von Prof. Anikeeva am MIT (USA) bei, um ihrer Faszination für Neurobiologie nachzugehen. Ihre Arbeit konzentrierte sich darauf, biomaterialtechnische Methoden anzuwenden, um die Interaktionen mit dem Nervensystem zu untersuchen und zu modulieren. Ihr Lieblingsprojekt war die Entwicklung einer magnetomechanischen Neuromodulationstechnologie, die eine nicht-genetische Kontrolle der neuronalen Signalübertragung im peripheren Nervensystem ermöglicht. Diese Technologie erlaubt die drahtlose Aktivierung mechanosensibler Zellen durch Nutzung der von magnetischen Nanodischen (MND) ausgeübten Kraft (Drehmoment), die gezielt auf die mechanosensitiven Ionenkanäle ausgerichtet sind.
Seit 2020 ist Danijela Gregurec Assistenzprofessorin für Sensorik (Tenure Track) an der Fakultät für Naturwissenschaften, Fachbereich Chemie und Pharmazie, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), wo sie das Biointerfaces-Labor leitet.