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Forscher kreieren im Reagenzglas menschliches «Mini-Gehirn»

Das Gehirn ist wohl das komplexeste Organ, das die Natur hervorgebracht hat. Nichtsdestotrotz ist es Forschern nun gelungen, «Mini-Gehirne» im Labor wachsen zu lassen. Von einem echten Gehirn des Menschen ist das Modell aber dennoch weit entfernt.

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Schnittbild eines Gehirns.

Schnittbild eines Gehirns.

okapia

Das Team um Jürgen Knoblich und Madeline Lancaster vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben vier Millimeter grosse Mini-Gehirne aus Stammzellen geschaffen. Diese Organkultur könne als 3D-Modell eines menschlichen Gehirns im frühen Entwicklungsstadium dienen.

Die Forscher erhoffen sich davon wichtige Einblicke in die frühe Gehirnentwicklung beim Menschen, die anders abläuft als etwa bei Mäusen. Auch Erbkrankheiten des Gehirns liessen sich so erstmals an einer menschlichen Organkultur untersuchen, berichten die Forscher in der neusten Ausgabe des Fachjournals "Nature".

Alleskönnerzellen im Bioreaktor

Rohstoff für die Mini-Organe waren sowohl menschliche embryonale Stammzellen (ES) als auch induzierte pluripotente Stammzellen (iPS), die etwa aus menschlichen Hautzellen gewonnen und dann zu einer Art Stammzellen verjüngt werden. Sowohl ES als auch iPS können sich noch zu allen Zellen des menschlichen Körpers entwickeln.

Mit einem speziellen Nährmedium wuchsen die Zellen in einem Bioreaktor zu vier Millimeter grossen Mini-Organen heran, "Organoide" genannt. Zur Überraschung der Forscher organisierten sich die Zellen genau gleich wie im embryonalen Gehirn. "Die Gehirn-Organoide können die Entstehung von Gehirnstrukturen bis in die neunte Schwangerschaftswoche imitieren", erläuterte Lancaster in einer Mitteilung des IMBA.

So bilden sich in den "Mini-Gehirnen" auch komplexe Strukturen heraus, wie Signal-Zentren. "In der Organentwicklung spezialisieren sich bestimmte Regionen und schicken dann anderen Regionen Botenstoffe. Dadurch wissen die, wo vorne, hinten, oben und unten ist. Genau das scheint in den Organoiden auch abzulaufen", sagte Knoblich.

Auch die Organisation der Grosshirnrinde ("Cortex") sei in den Organoiden kaum unterscheidbar von der natürlichen embryonalen Gehirnentwicklung. "Es stellt sich immer mehr heraus, dass menschliche Zellen diese enorme Kapazität haben, sich selber zu organisieren."

Kein «Gehirn im Glas»

Der renommierte deutsche Stammzellforscher Oliver Brüstle schreibt in einem begleitenden Artikel in "Nature", dass "trotz der überzeugenden Daten" der Wiener Forscher ein "Gehirn im Glas" ausser Reichweite bleibt. Im Organoid seien etwa die verschiedenen, dem realen menschlichen Gehirn entsprechenden Regionen zufällig verteilt und würden nicht der räumlichen Organisation im Gehirn entsprechen.

Dennoch bietet die Organkultur die einmalige Möglichkeit, die Aktivitäten der Nervenzellen und ihre Kommunikation in einer frühen Entwicklungsphase zu studieren, glauben die IMBA-Forscher. Sie haben die Organoide bereits für die Nachbildung von Gehirndefekten genutzt.

Dazu gehören Mikozephalien, bei denen ein deutlich zu kleines Gehirn zur geistigen Behinderung der Betroffenen führt. In Zukunft wollten sie auch andere Krankheiten, die mit einer Entwicklungsstörung des Gehirns zusammenhängen könnten in der Kultur nachbauen und erforschen - etwa Autismus oder Schizophrenie, sagte Knoblich. (sda)