Leigh-Syndrom-Spektrum-Erkrankungen (LSS) betreffen 1 von 40.000 Lebendgeburten und verursachen neurologische Entwicklungsverzögerungen, motorische Beeinträchtigungen und frühen Tod. LSS wird durch Mutationen verursacht, die Funktion der Mitochondrien ändern. Die meisten LSS-Erkrankungen sind derzeit unheilbar. Hier wird die bereits erhaltene Orphan-Drug-Designation für zwei Medikamentenkandidaten, Sildenafil und Cannabidiol (CBD), genutzt, um einen präklinischen Fahrplan für Behandlungsoptionen für Personen mit LSS zu entwickeln. Komplementäres Fachwissen in Tiermodellen, in silico-Modellierung, Organs-on-Chip, Blut-Hirn-Schranken und Hirnorganoid-Modelle wird eingesetzt. Dabei wird eine duale Strategie verfolgt: Einerseits werden präklinische Validierungen mit Sildenafil und CBD durchgeführt, um die Wirksamkeit, Toxizität und das Ansprechverhalten verschiedener LSS-Genotypen zu ermitteln. Andererseits werden synergistische Ansätze durchgeführt, indem bereits verfügbare Multi-Omics-Datensätze von LSS-Modellen integriert werden, um die mit Sildenafil oder CBD behandelten LSS-Modellen zu erweitern. Anschließend werden in silico-Modellierung und genetische Screenings kombiniert, um potenzielle synergistische Ziele aufzudecken. Insgesamt sollen umfangreiche präklinische Erkenntnisse gewonnen werden, um die Einrichtung klinischer Studien für LSS zu ermöglichen und mechanistische Erkenntnisse über die molekularen Wege zu gewinnen, die für die Behandlung von LSS und möglicherweise auch anderer Formen primärer mitochondrialer Erkrankungen erforderlich sind. Im Vorhaben wird eine Analyse des mitochondrialen Membranpotentials von iPSC-abgeleiteten neuronalen Vorläuferzellen unter Basalbedingungen und nach Behandlung mit Sildenafil und CBD durchgeführt. Die toxikologischen Eigenschaften von Sildenafil und CBD werden im Organ-on-Chip-Modell analysiert. Zudem wird die LSS-spezifische Blut-Hirn-Schranken-Permeabilität von Sildenafil und CBD bestimmt.