„Mini-Gehirn“-Organoide mit kortikalen Strukturen. (András Lakatos) In den letzten Jahren sind Neurowissenschaftler viel besser darin geworden, die Anfänge des menschlichen Gehirns im Labor wachsen zu lassen. Mittlerweile werden diese „Mini-Gehirne“ so komplex, dass wir neurologische Erkrankungen in ihren frühesten Stadien untersuchen können.
Dazu sind die grauen Klumpen, sogenannte Gehirnorganoide, nicht in der Lage Bewusstsein , aber sie können uns etwas über die Struktur, Vielfalt und Interaktionen von Zellen in bestimmten Teilen des sich entwickelnden Gehirns lehren.
Forscher vergleichen Gehirnorganoide mit der Struktur des Gehirns eines Fötus nach etwa einem Dutzend Wochen Wachstum. Die kleinen Kleckse können nicht denken, aber sie kann Ranken zu einem Muskel aussenden und Kontraktionen verursachen . Sie können nicht fühlen, aber sie kann rudimentäre Augenstrukturen entwickeln .
Um auch nur dieses einfache Entwicklungsniveau zu erreichen, brauchen Wissenschaftler viel mehr Zeit als die Natur selbst. Um das eines Menschen zu bekommen Stammzellen Um sich millionenfach zu vermehren und zu etwas heranzuwachsen, das einem „Mini-Gehirn“ ähnelt, muss man es in genau den richtigen Molekülcocktail baden, um Gene zum richtigen Zeitpunkt ein- oder auszuschalten.
Sie zu pflegen ist auch nicht einfach. Gehirnorganoide, die aus den Stammzellen derjenigen gewonnen werden, die daran leiden Parkinson Krankheit gewesen 30 Tage lang gewachsen . Für Alzheimer Krankheit, sie waren 84 Tage lang gewachsen .
Forscher in Cambridge haben nun ein erbsengroßes Minigehirn gezüchtet, um fast ein Jahr lang die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) zu untersuchen, was ein wirklich großer Schritt ist.
ALS, die sich häufig mit der frontotemporalen Demenz (ALS/FTD) überschneidet, ist eine derzeit unbehandelbare neurodegenerative Erkrankung, die zu einem raschen kognitiven Verfall und Lähmungen führt. Da die neurologischen Symptome erst später im Leben auftreten, wissen Wissenschaftler nur sehr wenig darüber, wie sie beginnen.
Betreten Sie das im Labor gezüchtete Mini-Gehirn, das aus Stammzellen von Patienten mit ALS/FTD gezüchtet wurde.
Eine der großen Hürden beim Wachsen von gehirnähnlichen Klumpen in einer Schale besteht darin, dass den Zellen in der Mitte beim Wachsen des Organoids Nährstoffe entzogen werden und sie keine nützlichen Modelle mehr werden können.
Um dies zu umgehen, haben einige Forscher vor einigen Jahren beschlossen begann, die Organoide zu schneiden, bevor sie sie in Kultur badeten , um ihre Modelle für längere Zeiträume und zum besseren Studium am Leben zu halten.
Forscher in Cambridge haben dies mit ihrem frühen ALS/FTD-Modell getan. In einer unveröffentlichten Arbeit behauptet das Team, seine Organoide insgesamt 340 Tage lang gezüchtet zu haben.
Bisher wurden nur 240 Tage veröffentlicht, aber innerhalb dieser Zeit beobachteten die Autoren Veränderungen in zwei Arten von Gehirnzellen. Zu diesen Veränderungen gehörten Zellstress, Schäden an der Zell-DNA und Veränderungen in der Art und Weise, wie die DNA der Zelle letztendlich in Proteine transkribiert wurde.
Die destruktiven Veränderungen schienen sich auf C9-Neuronen und eine andere Art von Nervenzellen – sogenannte Astroglia – auszuwirken, die beide bei der Steuerung von Muskelbewegungen und geistigen Fähigkeiten im echten menschlichen Gehirn helfen.
„Obwohl diese anfänglichen Störungen subtil waren, waren wir überrascht, wie früh Veränderungen in unserem menschlichen ALS/FTD-Modell auftraten.“ sagt Neurologe András Lakatos von der Universität Cambridge.
„Diese und andere neuere Studien deuten darauf hin, dass der Schaden beginnen könnte, sobald wir geboren werden.“ „Wir werden weitere Forschung benötigen, um zu verstehen, ob dies tatsächlich der Fall ist oder ob dieser Prozess bei Organoiden durch die künstlichen Bedingungen in der Schale beschleunigt wird.“
Eine der interessanteren Erkenntnisse des ALS/FTD-Modells war, dass ein Medikament namens GSK2606414f, kurz GSK, einige der neuronalen Veränderungen teilweise unterdrücken konnte, die scheinbar früh in der Kortexentwicklung auftraten, einschließlich der Verklumpung toxischer Proteine. Zellstress und der Verlust von Nervenzellen.
Den Autoren zufolge werden bereits ähnliche Medikamente getestet, die besser für den Menschen geeignet sind klinische Versuche bei neurodegenerativen Erkrankungen. Das Team hofft, dass seine Technik zur Züchtung organoider Modelle neurologischer Erkrankungen dazu beitragen wird, in Zukunft weitere potenzielle Angriffspunkte für Medikamente zu identifizieren.
„Derzeit haben wir keine sehr wirksamen Optionen zur Behandlung von ALS/FTD, und obwohl nach unserer Entdeckung noch viel zu tun bleibt, gibt sie zumindest Hoffnung, dass es mit der Zeit möglich sein könnte, den Krankheitsprozess zu verhindern oder zu verlangsamen.“ ' erklärt Schlosser.
„Es könnte in Zukunft auch möglich sein, einem Patienten Hautzellen zu entnehmen, ihn so umzuprogrammieren, dass er sein ‚Mini-Gehirn‘ wachsen lässt, und zu testen, welche einzigartige Medikamentenkombination am besten zu seiner Krankheit passt.“
Von dieser Realität sind wir noch weit entfernt, aber rückblickend haben Neurowissenschaftler in nur wenigen Jahren viel erreicht.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturneurowissenschaften .