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Wissen Gezüchtete Mini-Hirne zeigen ähnliche Aktivität wie Gehirne von Frühchen
Nachrichten Wissen Gezüchtete Mini-Hirne zeigen ähnliche Aktivität wie Gehirne von Frühchen
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17:00 29.08.2019
Bei den erbsengroßen, zehn Monate alten "Gehirnen" konnten Wissenschaftler elektrische Aktivitäten, die denen von Frühchen-Hirnen ähneln, finden. Quelle: Muotri Lab/UCTV/dpa
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San Diego

An Miniatur-Gehirnen im Labor haben Forscher elektrische Aktivitäten gemessen, die Hirnströmen frühgeborener Kinder ähneln. Die Mini-Hirne sind etwa eine Million Mal kleiner als ein menschliches Gehirn, zeigen aber ab einem Alter von etwa vier Monaten rhythmische Netzwerkaktivitäten. Die Forscher um Alysson Muotri von der University of California in San Diego (USA) sehen derartige Organoide als Modelle an, mit denen beispielsweise krankhafte Fehlentwicklungen des Gehirns oder die Wirkung von Medikamenten untersucht werden können. Die Studie ist im Fachmagazin „Cell Stem Cell“ erschienen.

Gehirne aus speziellen Stammzellen gezüchtet

„Das Niveau der neuronalen Aktivität, das wir sehen, ist im Labor beispiellos“, wird Muotri in einer Mitteilung des Fachmagazins zitiert. Seine Kollegen und er seien einem Modell, das die frühen Stadien eines hoch entwickelten Nervenzell-Netzwerks erzeugen kann, einen Schritt näher gekommen. Netzwerke entstehen, wenn Nervenzellen Verbindungen untereinander aufbauen.

Die Forscher züchteten zahlreiche der dreidimensionalen Organoide aus speziellen Stammzellen und ließen sie zehn Monate im Labor wachsen. Die Umgebungsbedingungen gestalteten sie so, wie sie für die Entwicklung der Großhirnrinde eines menschlichen Gehirns notwendig sind.

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Zellen des menschlichen Gehirns entstanden

Anhand von genetischen Markern untersuchten die Wissenschaftler, welche Zellen in verschiedenen Stadien im Organoid zu finden sind. Nach einem Monat bestanden die Zellkomplexe zu 70 Prozent aus Vorläuferzellen. Nach drei und sechs Monaten waren vor allem spezialisierte Zellen des Gehirns zu finden, wie Gliazellen (Zellen im Nervengewebe) und Nervenzellen.

Die Forscher entdeckten auch Nervenzellen mit sogenannten GABA-Rezeptoren, die im Labor zuvor noch nicht erzeugt worden seien. GABA-Rezeptoren sind bei Menschen weit im Gehirn und Rückenmark verbreitet und die wichtigsten Rezeptoren im zentralen Nervensystem, da sie eine hemmende Wirkung entfalten können.

Mini-Hirne werfen auch ethische Fragen auf

Die etwa erbsengroßen Mini-Hirne wuchsen auf einer Platte mit zahlreichen Elektroden. So konnte das Team um Muotri immer wieder die elektrische Aktivität des sich entwickelnden neuronalen Netzwerks bestimmen. Diese Messungen verglichen sie mit Messungen von Gehirnaktivitäten, die andere Forscher von frühgeborenen Kindern aufgezeichnet hatten. Sie trainierten ein System mit künstlicher Intelligenz mit den Messdaten der Frühchen, so konnte das Programm näherungsweise das Entwicklungsstadium der Organoide bestimmen.

Muotri und Kollegen sind sich bewusst, dass ihre Forschung auch gesellschaftliche und ethische Fragen aufwirft. Sie betonen, dass die Organoide sich in vielerlei Hinsicht vom menschlichen Gehirn unterschieden. „Das Organoid ist immer noch ein sehr rudimentäres Modell - wir haben keine anderen Gehirnteile und Strukturen“, sagt Muotri. So fehlten etwa Blutgefäße, auch die Unterteilung in zwei Hirnhälften gebe es nicht.

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Hoffnung auf Heilung neurologischer Erkrankungen

Muotri hebt vor allem die Chancen hervor: „Ich kann Menschen mit neurologischen Erkrankungen helfen, indem ich ihnen bessere Behandlungen und eine bessere Lebensqualität gebe.“ Der Forscher ist auch an einem Unternehmen beteiligt, das unter anderem mit Hilfe von Hirn-Organoiden die Therapie bestimmter neurologischer Erkrankungen vorantreiben möchte.

Deutsche Mediziner warnen vor falscher Hoffnung

Oliver Brüstle vom Universitätsklinikum Bonn sieht ebenfalls große Chancen in der Forschung an Gehirn-Organoiden. Er bescheinigt der Gruppe um Muotri eine gute, seriöse Arbeit, die technisch solide gemacht sei. Allerdings stört er sich an der Interpretation, dass die neuronalen Aktivitäten mit denen von Menschen vergleichbar seien: „Mit einer solchen Aussage sollte man sehr vorsichtig sein.“ Beispielsweise seien hemmende Neuronen in Organoiden schwierig zu realisieren, da sie an anderer Stelle im Gehirn gebildet werden und dann in die Großhirnrinde wandern.

Mini-Hirne besser zur Forschung als Mäuse

Auch Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien (Österreich) hält den Vergleich mit den Hirnaktivitäten von frühgeborenen Kindern für unangemessen: „Diese Interpretation geht zu weit und kann falsche Hoffnungen wecken“. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft gebe es zudem Zweifel daran, dass mit der flachen Elektrodenplatte tatsächlich Aktivitäten des gesamten Organoids gemessen wurden. Das Organoid sei jedoch ein sehr gutes Forschungsmodell, viel besser als das bisher oft verwendete Mausmodell.

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RND/dpa

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