Synapsen ermöglichen die Kommunikation zwischen Nervenzellen als auch die Speicherung sensorischer Informationen und spielen daher eine sehr wichtige Rolle beim Lernen sowie Erinnerungsvermögen. Eine Störung synaptischer Funktionen steht häufig im Zentrum vieler Gehirnerkrankungen mit kognitiven Beeinträchtigungen wie geistiger Behinderung oder Autismusspektrumsstörungen. Viele dieser Erkrankungen haben eine genetische Ursache. So führen z.B. Mutationen im synaptischen Gen SYNGAP1 bei tausenden Menschen weltweit zu einer geistigen Behinderung. Trotz intensiver Grundlagenforschung an Tiermodellen gibt es bislang keine wirksame Behandlung der betroffenen SYNGAP1 Patienten. Ziel des Konsortiums ist es, die Auswirkung von SYNGAP-Mutationen erstmals an menschlichen Nervenzellen zu studieren und den therapeutischen Effekt ausgewählter Wirkstoffkandidaten zu evaluieren. In diesem Zusammenhang ist das Ziel dieses Vorhabens, Nervenzellen aus Patientenblut herzustellen, welche entweder mutierte oder mittels Genomchirurgie reparierte SYNGAP1-Gene tragen. An diesen Nervenzellen sollen in diesem Vorhaben Messungen zu Gestalt, Form und Struktur der Zellen vorgenommen, sowie der Einfluss pharmakologischer Wirkstoffe auf die Entwicklung der Synapsen geprüft werden.

Die Entwicklung von Therapien zur Behandlung geistiger Behinderungen stellt eine große Herausforderungen für die moderne Biomedizin dar. Ein Schlüsselproblem hierbei ist der limitierte Zugang zu menschlichem Gehirngewebe für die Krankheitsmodellierung bzw. Wirkstoffforschung. Mit der Verfügbarkeit so genannter Zellreprogrammierungsverfahren ist es möglich geworden, von Patienten entnommene somatische Zellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) umzuwandeln, die im Labor gezielt in Gehirnzellen ausdifferenziert werden können. Dank neuester Entwicklungen im Stammzellengebiet kann man heutzutage sogar dreidimensionale menschliche Gehirngewebe in der Petrischale aus iPS-Zellen herstellen und damit die menschliche Gehirnentwicklung in Kultur nachahmen und Neuronen in ihrer natürlichen Gewebeumgebung modellieren. Das vorliegende Verbundprojekt fokussiert sich auf geistige Behinderungen, die durch de-novo Mutationen im Gen SYNGAP1 und damit verbundenen synaptischen Fehlfunktionen in exzitatorischen Neuronen verursacht werden. Das Ziel des Verbundprojektes ist es, humane Zellkultursysteme zu etablieren, die diese synaptische Dysfunktion modellieren und mit Hilfe derer neue pharmakologische Behandlungen der Fehlfunktionen entwickelt werden können. Dieses Teilprojekt zielt darauf ab, krankheitsbedingte synaptische Störungen in von iPS-Zellen abgeleiteten 3-dimensionalen Gehirngeweben, so genannten Gehirn-Organoiden, zu modellieren um die Krankheit besser zu verstehen und Wirkstoffe gegen die synaptischen Defizite zu testen.