„Das ist ein wichtiger Schritt nach vorn [understanding and treating] Hirnerkrankungen“, sagt Julian Savulescu, Bioethiker an der National University of Singapore, der nicht an der Studie beteiligt war. Aber die Entwicklung werfe auch ethische Fragen auf, sagt er, insbesondere darüber, was es bedeutet, Tiere zu „vermenschlichen“.
Sergiu Pașca von der University of Stanford arbeitet seit mehr als einem Jahrzehnt mit neuralen Organoiden – kleinen Klumpen von Neuronen, die in einer Schale gezüchtet werden und bestimmten Gehirnregionen ähneln. Diese Organoide werden oft aus menschlichen Hautzellen hergestellt, die zunächst zu Stammzellen verarbeitet werden. Die Stammzellen können dann unter den richtigen Bedingungen im Labor angeregt werden, Neuronen zu bilden. Die resultierenden Organoide können verwendet werden, um zu untersuchen, wie Gehirnzellen feuern und kommunizieren – und wie sie bei einigen Erkrankungen versagen.
Aber ein Zellklumpen im Labor kann Ihnen nur so viel sagen. Letztendlich replizieren diese Zellen nicht wirklich, was in unserem Gehirn passiert – weshalb Pașca und viele andere auf dem Gebiet den allgemein verwendeten Begriff „Mini-Gehirne“ vermeiden. Die organoiden Zellen können nicht dieselben komplexen Verbindungen bilden. Sie feuern auch nicht auf die gleiche Weise. Und sie sind nicht so groß wie die Zellen in unserem Gehirn. „Selbst als wir menschliche Neuronen Hunderte von Tagen aufbewahrten … stellten wir fest, dass menschliche Neuronen nicht zu der Größe wachsen, zu der ein menschliches Neuron in einem menschlichen Gehirn wachsen würde“, sagt Pașca.
Es ist auch unmöglich zu sagen, wie Veränderungen an Neuronen im Labor zu Symptomen einer neuropsychiatrischen Störung führen können. Wenn Zellen in einer Schale eine Veränderung ihrer Form, ihrer Feuerweise oder ihrer Proteine aufweisen, was bedeutet das zum Beispiel für das Gedächtnis oder das Verhalten einer Person?
Um diese Probleme zu umgehen, transplantierten Pașca und seine Kollegen Organoide in die Gehirne lebender Ratten – insbesondere neugeborener Ratten. Die Gehirne sehr junger Tiere erfahren während ihrer Entwicklung ein umfangreiches Wachstum und eine Neuverdrahtung. Neuronen, die in einem so frühen Stadium transplantiert werden, sollten die besten Chancen haben, in die eigenen Gehirnschaltkreise der Ratten integriert zu werden, argumentierte Pașca.
Aufbau von Gehirnorganoiden
Das Team verwendete Organoide aus Hautzellen. Diese Zellen wurden im Labor zu Stammzellen verarbeitet, bevor sie ermutigt wurden, Zellschichten zu bilden, die denen im menschlichen Kortex ähneln, dem gefalteten äußeren Teil des Gehirns, der Regionen enthält, die für Denken, Sehen, Hören, Gedächtnis und Wahrnehmung der Umwelt verantwortlich sind , unter anderem. Dieser Prozess dauerte im Labor etwa zwei Monate.
Die resultierenden dreidimensionalen Organoide wurden dann durch einen Einschnitt im Schädel in das Gehirn von ein paar Tagen alten Ratten injiziert. Die Organoide wurden in den sensorischen Kortex transplantiert, eine Region, die eine Rolle dabei spielt, Tieren dabei zu helfen, ihre Umgebung wahrzunehmen.
Innerhalb von vier Monaten zeigten Gehirnscans, dass die Organoide auf etwa das Neunfache ihres ursprünglichen Volumens angewachsen waren – und etwa ein Drittel einer Gehirnhälfte ausmachten. Die Zellen schienen Verbindungen mit Gehirnzellen von Ratten gebildet zu haben und in Gehirnschaltkreise eingebaut worden zu sein.