Bisher war es Wissenschaftlern nicht möglich, Organoide im Gehirn zu untersuchen, die über nur wenige Zellen hinausgingen. Während die Organoide kugelförmig sind, sind die herkömmlichen Werkzeuge zu ihrer Untersuchung – Mikroelektroden-Array-Platten, die Elektroden zur Messung der elektrischen Aktivität enthalten – flach.
Diese neue Mikrokappe, die von einem Team der Johns Hopkins University entwickelt wurde, kann sich um ein Gehirn-Organoid wickeln, sodass Forscher 3D-Aufnahmen von seiner gesamten Oberfläche machen können. Diese detaillierteren Informationen könnten uns helfen, besser zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert. Eine Anwendung wäre die Überwachung der Kommunikation von Neuronen während Drogentests.
Die Mikrokappen, die in einem heute in Science Advances veröffentlichten Artikel beschrieben werden, sind weiche, flexible, transparente Polymerhüllen, die Golddrähte und Kontaktpads enthalten. Beim Einbringen in ein Zellmedium begann die Mikrokappe anzuschwellen und sich um das einen halben Millimeter große Organoid zu schließen.
Die Technik hilft Forschern nicht nur bei der Überwachung der Organoide, sondern könnte auch eine billigere, ethischere Alternative zu Tierversuchen darstellen, um sicherzustellen, dass Chemikalien für den Menschen sicher sind und keine Probleme bei der Gehirnentwicklung verursachen, sagt David Gracias, ein Chemie- und Biomolekularingenieur von Johns Hopkins und einer der Autoren der Studie.
„Viele Chemikalien sind an Erkrankungen des Gehirns beteiligt, aber es gibt keine einfache Möglichkeit, sie zu untersuchen“, sagt er. „Das Screening auf eine Chemikalie kann aufgrund der Tierkosten über eine Million Dollar kosten, und es gibt auch ethische Bedenken.“
Das von Mikrochips inspirierte Verfahren könnte Kappen herstellen, die so angepasst werden können, dass sie locker oder fester um Organoide unterschiedlicher Größe passen, was bedeutet, dass sie die elektrische Aktivität in Organoiden in verschiedenen Entwicklungsstadien messen können.
Nachdem bewiesen wurde, dass die Kappe für ein Organoid funktioniert, plant das Team, das Experiment zu vergrößern und ein Fließband mit 100 Organoiden zu bauen, um parallel Tests durchzuführen. Diese könnten in Zukunft mit Mikrochips oder anderen Organoiden verbunden werden. Ihre Kollegen in den Hirnwissenschaften könnten die verbundenen Organoide auch verwenden, um Medikamente und potenzielle Therapien für Autismus, Alzheimer, Parkinson und andere Gehirnerkrankungen zu untersuchen.
„Viele Menschen glauben, dass das Gehirn die ultimative Grenze ist, die wir nicht verstanden haben“, sagt Gracias. „Wir haben darüber nachgedacht, sie mit Computern und untereinander zu verbinden – wenn Sie ein Minihirn bauen können, ist es möglich, dass Sie es mit einem anderen verbinden können. Es ist sehr aufregend.”