„Cerebrale Organoide“
Erbsenhirne aus dem Bioreaktor

Das Gehirn ist wohl das komplexeste Organ überhaupt. Nichtsdestotrotz ist es Forschern nun gelungen, Mini-Hirne im Labor wachsen zu lassen. Von einem echten Gehirn des Menschen ist das Modell aber dennoch weit entfernt.
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LondonAus Stammzellen haben Wissenschaftler menschliche Miniatur-Gehirne erschaffen. Die „cerebralen Organoide“ sind etwa vier Millimeter groß. Die dreidimensionalen Modelle bilden die frühe Entwicklung des menschlichen Gehirns nach. Sie könnten dazu beitragen, Entwicklungsstörungen und Krankheiten zu untersuchen - und zwar zum Teil besser, als dies mit tierischen Modellen möglich sei, schreiben die Forscher im Fachblatt „Nature“.

Ausgangspunkt für die Versuche des österreichisch-britischen Forscherteams um Jürgen Knoblich und Madeline Lancaster vom Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Wien waren zunächst embryonale Stammzellen. Diese sind in der Lage, sich in viele verschiedene Gewebe des Körpers zu verwandeln. Sie besitzen dabei eine enorme Fähigkeit zur Selbst-Organisation. Das heißt, die Zellen lagern sich unter geeigneten Kulturbedingungen auch ohne Zugabe von Wachstumsförderern oder anderen Chemikalien zu dreidimensionalen Geweben zusammen.

Die Forscher nutzten diese Fähigkeit aus und ließen die Stammzellen ab einem bestimmten Entwicklungsstadium in einem sich drehenden Bioreaktor heranwachsen. Durch die Rotation wird die Nährstoffversorgung der Zellen verbessert. Im Zeitraum von etwa zwei Monaten erreichten die Mini-Hirne ihre endgültige Größe von bis zu vier Millimetern. Die Gewebe seien unbegrenzt lebensfähig, schreiben die Forscher. Einige lagerten bereits zehn Monate in den Reaktoren.

Untersuchungen der Organoide zeigten, dass diese in verschiedene, voneinander abgrenzbare Bereiche unterteilt waren, wie Vorder-, Mittel- und Hinterhirn. Ganz ähnlich wie bei der natürlichen Entwicklung der menschlichen Großhirnrinde, bildeten sich zum Beispiel auch verschiedene Schichten in der Organkultur, in denen dann auch unterschiedliche Zellpopulationen gebildet wurden, etwa Nervenzellen und Gliazellen. Einzelne, räumlich voneinander entfernt liegende Bereiche standen miteinander in Verbindung. „Im Durchschnitt können die Gehirn-Organoide die Entstehung von Gehirnstrukturen bis in die neunte Schwangerschaftswoche imitieren“, erläutert Lancaster.

Die Experten betonen, dass mit Hilfe der Organkultur auch Entwicklungsstörungen oder Erkrankungen erforscht werden können, die im Tierversuch aufgrund bestimmter grundlegender Unterschiede in der Gehirnentwicklung nicht untersucht werden können. In ihrer Arbeit stellen sie ein Beispiel für die Anwendung ihrer Organoide vor: die Mikrozephalie. Patienten mit dieser Fehlentwicklung des Gehirns haben einen außergewöhnlich kleinen Kopf und ein kleines Hirn. Sie sind in der Regel geistig behindert. Die Entstehung der Erkrankung ist im Tierversuch mit Mäusen nicht gut nachzuvollziehen.

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