Ins Nervensystem integriertMenschliche Hirnzellen im Gehirn von Mäusen gezüchtet
Die Erforschung des lebenden menschlichen Gehirns ist schwierig. Ein Forschungsteam findet nach eigenen Angaben einen neuen Weg, bestimmte Abläufe im Gehirn zu beobachten: Sie transplantieren im Labor gezüchtete menschliche Gehirnzellen in Mäuseschädel.
Mit gezüchteten menschlichen Hirnzellen im Gehirn von Mäusen hat ein internationales Team nach eigenen Angaben einen bedeutenden Schritt für die Erforschung von Krankheiten erzielt. Die Hoffnung sei, etwa Autismus oder Epilepsie deutlich genauer zu erforschen, betont das Team um Sergiu Pasca von der US-Universität Stanford im Fachjournal „Nature“. Denn dabei sei es wichtig, auf molekularer Ebene zu verstehen, was im Gehirn passiere – um mögliche Therapien zu testen.
Das Team um Pasca transplantierte der Studie zufolge im Labor gezüchtetes, menschliches Gehirngewebe in wenige Tage alte Mäuse. Die Tiere waren dafür zuvor gentechnisch so verändert worden, dass zentrale Bestandteile ihres Gehirns – ein Großteil ihrer Großhirnrinde und des Hippocampus – fehlten. Dies bot dem eingepflanzten menschlichen Hirnzellgewebe Raum, um heranzuwachsen, Verbindungen mit dem Nervensystem der Maus aufzubauen und sich weiterzuentwickeln.
Den Angaben nach überlebten die menschlichen Zellen nicht nur, sondern wuchsen und bauten tatsächlich Verbindungen ins Gehirn der Maus auf. Die menschlichen Ursprungszellen stammten den Angaben nach von gesunden Spendern, die mit deren Veränderung und der Transplantation in die Tiere einverstanden waren. Drei Monate nach dem Eingriff bestanden mehr als 90 Prozent des Volumens der Hirnrinde der Mäuse aus menschlichem Gewebe.
Potenzial für die Erforschung von Krankheiten?
„Diese Tiermodelle bieten eine einzigartige Gelegenheit, zu untersuchen, wie sich krankheitsbedingte Veränderungen in den Schaltkreisen des menschlichen Gehirns in einem intakten Nervensystem manifestieren“, erklärt Pasca. Insbesondere für Epilepsie, Autismus, Schizophrenie und andere psychische und neurologische Erkrankungen versprechen sich die Forschenden weiterführende Erkenntnisse darüber, welche Ursachen diesen zugrunde liegen und welche Behandlungs- und Therapieansätze erfolgreich sein könnten.
Bislang seien diese sehr schwierig auf molekularer Ebene zu erforschen, weil lebendiges menschliches Hirngewebe fast immer unzugänglich sei – und das Gehirn zudem komplexer funktioniere als jegliches anderes Organ, heißt es in der Studie.
„Die von uns implantierten Zellen tragen das genetische Material der Person, von der sie stammen – unabhängig davon, ob es sich bei dieser Person um einen Patienten oder einen gesunden Menschen handelt“, so Pasca. Dies ermögliche es, die Auswirkungen von Erkrankungen auf Gehirnzellen zu untersuchen.
Die Autoren analysierten unter anderem, welche Art von Zellen sich in den künstlich veränderten Gehirnen der Mäuse ausbildeten und welchen Einfluss der Entzug von Sauerstoff auf diese hatte.
Ein Experiment mit langer Vorgeschichte
Schon seit vielen Jahren arbeiten Forscher mit den zugrunde liegenden sogenannten Organoiden. Hirnorganoide sind dreidimensionale Gewebestrukturen, die im Labor mit Hilfe menschlicher Stammzellen erzeugt werden können. Da ein Hirnorganoid auf einen bestimmten Menschen zurückgeht, wenn die Ursprungszellen von einem Spender stammen, soll daran perspektivisch auch patientenspezifisch die Wirkung von Medikamenten getestet werden können. Mit der Zeit kombinierte das Team mehrere Organoide zu sogenannten Assembloiden weiter, um noch komplexere Prozesse erforschen zu können.
Ausgangszellen für die Organoide waren sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (hiPS-Zellen). Dazu werden Körperzellen entnommen und reprogrammiert, sodass sie natürlichen Stammzellen ähneln. Aus diesen lassen sich fast alle Gewebearten züchten.
Bei den Tierversuchen stellen sich auch ethische Fragen, etwa mit Blick auf den Tierschutz. Ein Komitee mit unabhängigen Experten habe die Versuche mit Blick auf ethische Aspekte geprüft und begleitet, erzählt Pasca in einem Presse-Briefing. Man habe sehr kritisch analysiert, welche Art von Versuchen mit Tieren für die Forschung notwendig und zielführend sei. Bei der Abwägung habe jedoch auch das Leiden von Hunderten Millionen Menschen eine Rolle gespielt, die an den entsprechenden Krankheiten litten, die nun möglicherweise genauer erforscht werden könnten.
Experte weist auf Schwächen hin
Der nicht an der Studie beteiligte stellvertretende Direktor des Instituts für Molekulare Biotechnologie in Wien, Jürgen Knoblich, meint, die Relevanz der Forschung müsse sich erst noch zeigen. „Solche Transplantationsexperimente sind sehr arbeitsaufwendig, ethisch problematisch und dienen vor allem nicht dem Hauptziel der Organoidforschung, nämlich Ersatzmethoden für Tierversuche zu schaffen. Ja, sie erzeugen sogar zusätzliche ethische Bedenken.“ Allerdings sei die vorliegende Studie streng nach ethischen Kriterien begutachtet und begleitet worden, erkennt Knoblich an.
Den inhaltlichen Mehrwert sieht Knoblich am ehesten in der Technik: Allerdings bedeute die Transplantation des menschlichen Hirngewebes nicht, dass man sich eine Maus mit Menschengehirn vorstellen dürfe. Die menschlichen Zellen entwickelten sich mit ihrem artenspezifischen Tempo weiter, also viel langsamer als das Mausgehirn. Auch die kognitiven Prozesse durch die menschlichen Zellen hätten nur zu einem kleinen Teil gerettet werden können. Deshalb bleibt der Experte skeptisch: „Es ist zu bezweifeln, dass das neue Modell im Forschungsprozess eine große Rolle spielen wird.“
