Gehirn-Organoide läuten eine neue Forschungsära ein
Von Kevin Ritchart.
Eine neue Methode zur Entwicklung von Hirn-Organoiden aus pluripotenten Stammzellen könnte sich als wichtiger Schritt nach vorn bei der Erforschung menschlicher neurologischer Störungen erweisen. Forscher der Universität Bonn in Deutschland veröffentlichten in der jüngsten Ausgabe von Cell Reports eine Studie, die einen einzigartigen Ansatz zur Untersuchung eines seltenen angeborenen Hirndefekts beschreibt.
Das deutsche Team entnahm Hautzellen von Patienten und wandelte sie in pluripotente Stammzellen um. Aus diesen Stammzellen züchteten sie dreidimensionale Hirn-Organoide oder Mini-Hirne", die die Struktur des menschlichen Gehirns nachahmen. "
Überwindung historischer Hindernisse in der Erforschung des menschlichen Gehirns
Die Möglichkeiten der Wissenschaftler, mit menschlichen Zellen aussagekräftige Forschungen über das menschliche Gehirn durchzuführen, waren bisher begrenzt. Normalerweise wachsen die Zellen in der Kultur in einer flachen, zweidimensionalen Schicht. Ohne ein dreidimensionales Modell können die Forscher die zellulären Veränderungen, die durch äußere Reize hervorgerufen werden, nicht genau bestimmen.
Zwar werden einige Tests an den Gehirnen von Mäusen und anderen Tieren durchgeführt, doch gibt es Probleme mit der Zuverlässigkeit der Ergebnisse solcher Forschungen. Das menschliche Gehirn ist viel komplexer als das eines Tieres, so dass menschliche Entwicklungsstörungen nur in begrenztem Umfang anhand von Tiergehirnmodellen untersucht werden können.
Beobachten, wie Zellen organisiert werden
Die neuen Hirn-Organoide können Wissenschaftlern zeigen, wie sich Nervenzellen zu hochkomplexen Hirngeweben organisieren. "Die Methode eröffnet damit völlig neue Möglichkeiten, Störungen in der Architektur des sich entwickelnden menschlichen Gehirns zu untersuchen", sagt Dr. Julia Ladewig, die eine Arbeitsgruppe zur Gehirnentwicklung leitet.
Dr. Ladewig und ihre Kollegen untersuchten mit Hilfe von Hirn-Organoiden das Miller-Dieker-Syndrom, eine Erbkrankheit, von der man annimmt, dass sie durch eine Chromosomenstörung verursacht wird. Patienten mit dieser Krankheit weisen Fehlbildungen in wichtigen Teilen des Gehirns auf.
Überrascht von Anzeichen einer Zellstörung
Die Forscher verwendeten Hautzellen von Miller-Dieker-Patienten, um Organoide des Gehirns zu erstellen und zu beobachten, wie die Zellen reagieren würden. Anstatt die Organisations- und Vermehrungsmuster gesunder Zellen zu sehen, waren diese Prozesse in den Zellen von Miller-Dieker-Patienten gestört.
Bei gesunden Patienten sind bestimmte Proteine für die dichte und gleichmäßige Anordnung der Zellen verantwortlich. Die Zellen von Miller-Dieker-Patienten sind viel lockerer angeordnet und weniger organisiert, was zu einer früheren Zelldifferenzierung führt. Dieses besondere Verhalten war in früheren zweidimensionalen Zellkulturen nicht zu beobachten.
Die Forscher hoffen, dass weitere Arbeiten in diesem Bereich zu einem Durchbruch führen werden, um Patienten mit Miller-Dieker-Syndrom und anderen neurologischen Störungen zu helfen.
"Wir betreiben hier Grundlagenforschung," sagte Dr. Ladewig. "Dennoch zeigen unsere Ergebnisse, dass Organoide das Zeug dazu haben, eine neue Ära in der Hirnforschung einzuläuten. Und wenn wir die Entwicklung des Gehirns besser verstehen, können sich daraus vermutlich langfristig neue Behandlungsmöglichkeiten für Erkrankungen des Gehirns ergeben."
