Wissenschaftler der Johns Hopkins University haben ein Mini-Gehirn gezüchtet, bei dem Gewebe aus mehreren Regionen des Gehirns miteinander verbunden ist und zusammenwirkt. Sie hoffen, damit eine neue Ära der Erforschung neuropsychiatrischer Erkrankungen einläuten zu können. "Die meisten Gehirn-Organoide, die man in Fachzeitschriften sieht, stellen eine einzelne Gehirnregion dar, wie den Kortex oder das Hinterhirn oder Mittelhirn. Wir haben ein rudimentäres Ganzhirn-Organoid gezüchtet", erklärt die Hauptautorin der Arbeit, Annie Kathuria.
Zusammenhängendes Konstrukt
Das vom Forscherteam entwickelte sogenannte Multi-Region Brain Organoid soll die Entwicklung des Gehirns eines menschlichen Fötus nachbilden. Das gelingt laut den Forschern, weil es Organoide des Großhirns, des Mittel- und Hinterhirns sowie Blutgefäßstrukturen (Endothelorganoide) zu einem zusammenhängenden Konstrukt integriert. Damit handle es sich um eine neue Generation von Gehirn-Organoiden und eine erhebliche Verbesserung für die Modellierung der Gehirnentwicklung.
So gingen die Forscher vor: Zunächst züchteten sie Nervenzellen aus einzelnen Hirnregionen und rudimentäre Blutgefäße in separaten Laborschalen. Anschließend klebte das Team die einzelnen Teile mit Proteinen zusammen, die die Bildung von Verbindungen zwischen den Geweben ermöglichen. Als die Gewebe zusammenwuchsen, begannen sie, elektrische Aktivität zu erzeugen und als Netzwerk zu reagieren. Auch hätte das Team die Entstehung einer frühen Blut-Hirn-Schranke beobachten können. Sie dient als Barriere, die das Gehirn schützt, indem sie kontrolliert, welche Moleküle vom Blut ins Gehirn gelangen dürfen.
Neuronale Vielfalt
Laut den Forschern zeigte das entstandene Gehirn-Organoid eine große Vielfalt an neuronalen Zelltypen, deren Eigenschaften denen eines 40 Tage alten menschlichen Fötus ähnelten. Die Größe eines Hirns aus dem Labor beziffern sie auf zwei bis drei Millimeter. Es enthalte sechs bis sieben Millionen Neuronen, also einen Bruchteil der 86 Milliarden Neuronen im Gehirn eines Erwachsenen.
Die Ganzhirn-Organoide sollen helfen, neurologische Erkrankungen besser zu verstehen. "Krankheiten wie Schizophrenie, Autismus und Alzheimer betreffen das gesamte Gehirn, nicht nur einen Teil davon. Wenn wir frühzeitig verstehen, was in der Entwicklung schiefläuft, können wir möglicherweise neue Angriffspunkte für das Wirkstoffscreening finden“, sagt Kathuria. Anhand der Mini-Gehirne wollen die Forscher entstehende Störungen in Echtzeit beobachten und prüfen, ob Behandlungen wirken.
Das Team hat seine Arbeit frei zugänglich in Advanced Science veröffentlicht.
(dgi)
English (US) ·