Erstmals künstliche "Gehirne" von Mäusen im Reagenzglas erzeugt

Wissenschaftler haben erstmals erfolgreich künstliche Mausgehirne unter Laborbedingungen hergestellt, was einen großen Durchbruch in der neurowissenschaftlichen Forschung bedeutet. Die in der Zeitschrift Nature veröffentlichte Studie beschreibt die Herstellung von Hirnrindeorganiden, dreidimensionalen Strukturen, die Teilen des Gehirns ähneln, aus Mausstammzellen. Diese im Labor gezüchteten Gewebe, die am Institut für Wissenschaft und Technologie Österreich (ISTA) in Klosterneuburg entwickelt wurden, bieten neue Möglichkeiten, die Entwicklung des Gehirns und Störungen zu untersuchen, ohne sich ausschließlich auf menschliche Zellmodelle oder lebende Tiere zu verlassen.

Das Forscherteam unter der Leitung von Simon Hippenmeyer von der ISTA erklärt, dass diese Organoide Einblicke in die Entstehung des Gehirns aus Stammzellen geben. Sie ermöglichen es Wissenschaftlern, Prozesse zu untersuchen, wie sich Neuronen unterscheiden, wie das Gehirn seine richtige Größe erreicht und was bei Entwicklungserkrankungen schiefgeht. Bislang wurden Studien zu Gehirn-Organoiden hauptsächlich mit menschlichen Zellen durchgeführt, was Vergleiche mit Erkenntnissen aus Tiermodellen schwierig machte. Diese Lücke wurde nun durch die erfolgreiche Erzeugung von aus Mäusen gewonnenen Organoiden behoben. Der Prozess der Schaffung dieser Organoide begann vor acht Jahren bei der ISTA, so Hippenmeyer.

Die Hauptautorin, Melissa Stouffer, die die notwendigen Techniken während ihrer Zeit an der Stanford University erlernte, spielte eine entscheidende Rolle bei der Überbrückung dieser Wissenslücke.

In lebenden Organismen folgt die Entwicklung des Gehirns einer bestimmten Reihenfolge: anfängliche symmetrische Zellteilung, gefolgt von der Bildung von Nervenzellen und später von Gliazellen. Im Gegensatz dazu weisen die Organoide gestörte Muster auf, was darauf hindeutet, dass die körperliche Selbstorganisation allein nicht ausreicht, um die Komplexität eines echten Gehirns zu replizieren. Faktoren, die in der natürlichen Umgebung von Stammzellen vorhanden sind, wie benachbarte Zellen, Blutgefäße, Signalmoleküle, Wachstumsfaktoren und mechanische Signale, fehlen in den im Labor angebauten Strukturen. Trotz dieser Einschränkungen haben die Organoide einen erheblichen Wert für die wissenschaftliche Untersuchung.

Die Studie liefert ein zuverlässiges Protokoll für die Erzeugung kortikaler Organoide aus Mauszellen, die als Modellsystem für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen dienen können. Darüber hinaus hebt die Forschung hervor, welche Aspekte der Stammzellnische für Veränderungen empfindlich sind und bietet Hinweise für zukünftige Experimente, die darauf abzielen, diese Erkrankungen genauer zu replizieren. Die Auswirkungen dieser Entdeckung gehen über die Grundlagenforschung hinaus. Durch die detaillierte Analyse von Entwicklungsmechanismen des Gehirns könnten diese Organoide zum Verständnis und möglicherweise zur Behandlung von Störungen der Neuroentwicklung beitragen.

Forscher planen, die Methoden zu verfeinern, die zur Wiederherstellung der komplexen Umgebungen in lebenden Organismen verwendet werden, mit dem Ziel, die Treue der Organiden weiter zu verbessern. Die Schaffung von Mausgehirnorganiden eröffnet neue Wege für die Erforschung der Feinheiten der neuronalen Entwicklung. Während die aktuellen Modelle die dynamischen Prozesse, die in einem lebenden Gehirn auftreten, noch nicht vollständig erfassen können, stellen sie einen entscheidenden Fortschritt auf diesem Gebiet dar.