Forschung

Österreichische Forscher erschaffen menschliches Gehirn

Zum ersten Mal ist es gelungen, aus Stammzellen frühe Entwicklungsstadien des menschlichen Gehirns nachzubilden. Diese könnten auch für Tests von Medikamenten herangezogen werden.

Querschnitt eines vollständigen cerebralen Organoids mit verschiedenen Gehirnregionen. Zellen sind in blau, neuronale Stammzellen in rot und Neuronen in grün dargestellt. (Foto: IMBA/Madeline A. Lancaster)

Querschnitt eines vollständigen cerebralen Organoids mit verschiedenen Gehirnregionen. Zellen sind in blau, neuronale Stammzellen in rot und Neuronen in grün dargestellt. (Foto: IMBA/Madeline A. Lancaster)

Dank der Stammzellenforschung ist es Wissenschaftlern vom Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) und der österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) gelungen, aus Stammzellen ein menschliches Gehirn zu entwickeln. Damit konnten sie Gehirndefekte nachbilden und diese erforschen. Für die Pharmaindustrie würden sich die Mini-Gehirne für Medikamententests eignen, so die Forscher.

Da sich das menschliche Gehirn anders entwickelt als das von Tieren, war es bisher immer schwierig, die verschiedenen Stadien des Wachstums nachzuvollziehen. Vor allem auch mit Blick auf Defekte, die in unterschiedlichen Entwicklungsphasen auftreten. Dies macht das Gehirn aus Stammzellen jedoch nun möglich.

Zunächst induzierten die Forscher so genannte pluripotente Stammzellen aus Patientengewebe in die embryonalen Stammzellen. Pluripotente Stammzellen (iPS Zellen) werden aus nicht ausdifferenziertem Gewebe entnommen und können sich zu jedem Zelltyp eines erwachsenen Organismus entwickeln.

Durch die Induzierung der pluripotenten Stammzellen in die embryonalen Stammzellen zeigte sich, dass „Stammzellen die unterschiedlichen Zelltypen des Gehirns ausbilden und dass diese Zellen sich in überraschend exakter und präziser Weise so organisieren wie im embryonalen Gehirn“, heißt es in der Veröffentlichung der Forscher.

Durch dieses „spezielle Kulturverfahren“ sei es gelungen, die frühen Entwicklungsstadien des Großhirns, aber auch anderer Gehirnstrukturen, wie dem Hippokampus, nachzubilden. Dadurch sei es nun möglich, pluripotente Stammzellen von Patienten mit Gendefekten in die embryonalen Stammzellen zu induzieren. Somit könnten menschliche Erbkrankheiten in der so entstehenden Organkultur untersucht werden.

„Der entscheidende Vorteil des neuen Systems sind optimierte Kulturbedingungen, welche die Übereinstimmung zwischen Kultur und tatsächlicher Gehirnentwicklung entscheidend verbessert haben“, so Madeline Lancaster, Erstautorin der Studie. Nach acht bis zehn Tagen entstehe in der „Kultur neuronales Gewebe“ und nach 20 bis 30 Tagen hätten sich die Zellen zu unterschiedlichen Hirnregionen weiterentwickelt. „Im Durchschnitt können die Gehirn-Organoide die Entstehung von Gehirnstrukturen bis in die neunte Schwangerschaftswoche imitieren“, so Lancaster.

Eine künstlich initiierte Entwicklung über die neunte Schwangerschaftswoche hinaus ist bisher noch nicht möglich, da in späteren Phasen die Sauerstoffversorgung durch die Blutbahn erfolgt. Blutgefäße konnten in den Modellen noch nicht nachgebildet werden.

Die österreichischen Wissenschaftler, zu denen auch der Molekularbiologe Jürgen Knoblich gehört, sehen in ihren Forschungsergebnissen auch einen Vorteil für die Pharmaindustrie. Die gezüchteten Kulturen könnten demnach auch für Tests von Medikamenten herangezogen werden. „Derartige Modelle haben sehr großes Potenzial für die Erforschung von Krankheiten und Entwicklung von Medikamenten“, so Knoblich.

Kommentare

Schreibe den ersten Kommentar für diesen Artikel.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind markiert *