Magnetische Nanopartikel-vermittelte Neuromodulation in aus menschlichen iPSC gewonnenen sensorischen Neuronen und neuralen Vorläuferzellen

Dieses Projekt untersucht, ob keramikbeschichtete magnetische Nanopartikel in Kombination mit externer magnetischer Stimulation das Wachstum und die funktionellen Eigenschaften von aus menschlichen iPSC gewonnenen neuralen Vorläuferzellen und reifen peripheren sensorischen Neuronen modulieren können. Durch den Vergleich von unstimulierten Kontrollen, stimulierten Kulturen ohne Nanopartikel und mit Nanopartikeln beladenen stimulierten Kulturen soll die Studie feststellen, ob die nanopartikelgestützte Stimulation die neuronale Entwicklung fördert und messbare funktionelle (einschließlich elektrophysiologischer) Veränderungen induziert, während die Lebensfähigkeit der Zellen erhalten bleibt.

Neuronale Vorläuferzellen (ab Tag 12 der Differenzierungszeitachse sensorischer Neuronen) und reife periphere sensorische Neuronen werden in 35-mm-Schalen kultiviert und mit keramikbeschichteten magnetischen Nanopartikeln in definierten Konzentrationsbereichen behandelt. Es werden drei Versuchsbedingungen angewendet: (i) Kontrolle (keine Stimulation, keine Nanopartikel), (ii) Stimulation ohne Nanopartikel und (iii) Stimulation mit magnetischen Nanopartikeln. Die Kulturen werden dann einer magnetischen Stimulation unterzogen, und die neuronale Kompatibilität und die optimale Nanopartikel-Dosierung werden mithilfe von Cell Titer-Glo (CTG)-Lebensfähigkeitsassays und Live/Dead-Zytotoxizitätsassays (Thermo Fisher Live/Dead-Kit) bewertet, um sichere Bedingungen für nachfolgende Analysen des neuronalen Wachstums und der funktionellen Reaktion zu schaffen.

Forschungsfragen

1. Sind keramikbeschichtete magnetische Nanopartikel mit aus menschlichen iPS-Zellen gewonnenen neuralen Vorläuferzellen und sensorischen Neuronen biokompatibel?
2. Beeinflusst die nanopartikelgestützte magnetische Stimulation das Überleben und die Reifung von Neuronen?
3. Können magnetische Nanopartikel die funktionellen oder elektrophysiologischen Reaktionen von Neuronen verbessern?

Magnetic Nanoparticle-Mediated Neuromodulation in Human iPSC-Derived Sensory Neurons and Neural Progenitor Cells

This project investigates whether ceramic-coated magnetic nanoparticles, combined with external magnetic stimulation, can modulate the growth and functional properties of human iPSC-derived neural progenitor cells and mature peripheral sensory neurons. By comparing unstimulated controls, stimulated cultures without nanoparticles, and nanoparticle-loaded stimulated cultures, the study aims to determine if nanoparticle-assisted stimulation enhances neuronal development and induces measurable functional (including electrophysiological) changes while maintaining cellular viability.

Neural progenitor cells (from day 12 of the sensory neuron differentiation timeline) and mature peripheral sensory neurons are cultured in 35 mm dishes and exposed to ceramic-coated magnetic nanoparticles under defined concentration ranges. Three experimental conditions are applied: (i) control (no stimulation, no nanoparticles), (ii) stimulation without nanoparticles, and (iii) stimulation with magnetic nanoparticles. Cultures are then subjected to magnetic stimulation, and neuronal compatibility and optimal nanoparticle dosing are evaluated using Cell Titer-Glo (CTG) viability assays and live/dead cytotoxicity assays (Thermo Fisher live/dead kit), establishing safe conditions for subsequent analyses of neuronal growth and functional response.

Research Questions

• Are ceramic-coated magnetic nanoparticles biocompatible with human iPSC-derived neural progenitors and sensory neurons?
• Does nanoparticle-assisted magnetic stimulation affect neuronal survival and maturation?
• Can magnetic nanoparticles enhance functional or electrophysiological neuronal responses?