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Biologie

Diese Mini-Gehirne könnten zu riesigen Möglichkeiten führen

Diese Mini-Gehirne könnten zu riesigen Möglichkeiten führen

Obwohl sie wie eine von Frankensteins Kreationen klingen, sind Mini-Gehirne echt. Mini-Gehirne, auch als Organoide (Organknospen) bekannt, sind im Labor gezüchtete Zellbündel. Die dreidimensionalen Strukturen stammen aus menschlichen Stammzellen.

[Bildquelle: Flickr / Tag Donaldson]

Wissenschaftler verwenden Mini-Gehirne, um die Entwicklung des Gehirns zu untersuchen und verschiedene Krankheiten wie neurologische Störungen zu verstehen. Die Forscher hoffen auch, eines Tages das Mini-Gehirn zu nutzen, um experimentelle Medikamente zu testen. Dadurch wird der Bedarf an Labortieren reduziert.

Wissenschaftler verwenden derzeit zweidimensionale Gehirnmodelle für ihre Forschung. Zweidimensionale Modelle können jedoch die Komplexität der für die Forschung erforderlichen neuronalen Schaltkreise nicht reproduzieren.

Dreidimensionale Gehirnmodelle hingegen weisen strukturelle und organisatorische Ähnlichkeiten mit dem menschlichen Gehirn auf. Dies bietet Wissenschaftlern die seltene Gelegenheit, lebendes menschliches Gehirngewebe zu untersuchen.

Die Forscher hoffen, dass diese Mini-Gehirne es Wissenschaftlern ermöglichen werden, ihr Wissen und Verständnis über die Entwicklung des Nervensystems zu erweitern. Auf diese Weise können Wissenschaftler die Mechanismen verstehen, die durch neuropsychiatrische Erkrankungen wie Autismus gekennzeichnet sind.

Sergiu P. Paşca, Co-Direktor des Stem Cells Core des Stanford Neurosciences Institute, sagte: "Eines der Hauptprobleme beim Verständnis von psychischen Störungen ist, dass wir nicht direkt auf das menschliche Gehirn zugreifen können." Er erklärte, dass "diese Sphäroide der dreidimensionalen Architektur des Kortex sehr ähnlich sind und Genexpressionsmuster aufweisen, die denen in einem sich entwickelnden fötalen Gehirn nachahmen."

Das Mini-Gehirn wachsen lassen

Forscher der Standford University begannen den Wachstumsprozess mit der Extraktion von Hautzellen von fünf verschiedenen Patienten. Die Hautzellen wurden in induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) transformiert, bei denen es sich um Stammzellen handelt, die von Erwachsenen stammen. Diese Zellen können sich zu anderen Zelltypen entwickeln, die im menschlichen Körper vorkommen.

Man ließ die Zellen zuerst in einer Monoschicht wachsen, die eine einzelne Schicht mit einer Dicke von einer Zelle ist. Sie wurden dann in eine spezielle Schale gegeben, die sie daran hinderte, an der Oberfläche zu haften. Dies führte dazu, dass die Zelle dreidimensional wuchs und so kugelförmige Kolonien aggregierte und bildete. Dann wurde ein Cocktail von Molekülen hinzugefügt, wodurch sich die Zellen in unreife Gehirnzellen differenzierten.

Die Zellen differenzierten sich dann in Neuronen und Astrozyten, die beide im Gehirn vorkommende Zelltypen sind. Die Astrozyten wickeln sich um die Verbindungen zwischen Neuronen, auch Synapsen genannt. Sie unterstützen die Zellen beim Stoffwechsel und regulieren die Signalübertragung.

Das Endergebnis war ein Zellball, der beim Aufschneiden eine dreidimensionale Anordnung zu sein schien, die dem menschlichen Kortex ähnelte. Funktionstests zeigten, dass 80 Prozent der Neuronen im Sphäroid bei Stimulation Signale abfeuerten. Darüber hinaus nahmen 86 Prozent der Neuronen an der Netzwerkaktivität teil und zeigten eine spontane Aktivität, die der des Gehirns ähnelte.

Das Mini-Gehirn befindet sich noch in der Forschungsphase. Die aktuellen Ergebnisse zeigen jedoch eine vielversprechende Zukunft für Therapeutika. Darüber hinaus wird erwartet, dass das Mini-Gehirn uns hilft, mehr Antworten auf biochemische und entwicklungsbedingte Veränderungen zu finden, die zu einigen Erkrankungen des Gehirns wie Epilepsie beitragen können.

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Geschrieben von Terry Berman


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