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Organoide: Minihirne mit Schwächen

Seit einigen Jahren entwickeln Forscher dreidimensionale Gewebestrukturen aus Zellen verschiedener Organe, etwa des Auges, der Leber, der Lunge und auch des Gehirns. Solche »Organoide« ähneln äußerlich richtigen Organen und simulieren deren Funktion. Das klappt mal mehr, mal weniger gut, wie sich am Beispiel der künstlichen Minihirne zeigt: Selbst wenn ihre Zellen das Erbgut echter Hirnzellen haben, regulieren sie ihre Gene doch ziemlich anders, entdeckte ein Team um Arnold Kriegstein von der University of California in San Francisco.

Hirnorganoide erzeugen Forscher aus neuronalen Stammzellen, die in Nährlösungen heranwachsen, sich vermehren und sich zu einer Struktur gruppieren, die derjenigen der Großhirnrinde ähnelt. Das Team um Kriegstein warf einen tieferen Blick auf das Geschehen: Die Forscher analysierten, welche Gene wann in den Zellen von Hirnorganoiden aktiv sind, und verglichen das Aktivitätsmuster mit dem der Neurone von Embryos, die zwischen 6 und 22 Wochen alt waren.

Dabei wurden zwar Übereinstimmungen deutlich, vor allem aber Unterschiede, schreiben die Forscher. Sowohl Neurone als auch die unterstützenden Gliazellen des künstlichen Gewebes zeigen auf den ersten Blick ähnliche Muster wie die natürlichen Vorbilder. Gerade bei reiferen Zelltypen mit Spezialaufgaben scheint das jedoch nicht der Fall zu sein. So aktivieren etwa die äußeren radialen Gliazellen der Minihirne nicht das für sie eigentlich typische Set von Genen. Diese Zellen spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des heranwachsenden Gehirns; sie dienen unter anderem als eine Art Leitplanke für wandernde Neurone. Im Organoid scheint gerade das nicht zu funktionieren: Am Ende fanden die Forscher zwar viele Neurone, die in allerlei differenzierte Subtypen ausgereift waren – diese aber sammelten sich nicht verlässlich dort an, wo ihre speziellen Fertigkeiten im echten Hirn gebraucht werden. Damit sei fraglich, ob Organoide so heranreifen, dass ein wirklich hirnähnliches Organ entsteht, und ob sie wirklich halten können, was viele Neurowissenschaftler sich erhofft haben: etwa als Modell für verschiedene Hirnerkrankungen zu dienen, die nur bestimmte Regionen des Hirns mit speziellen Gruppen von Neuronen betreffen.

In weiteren Untersuchungen wollen die Forscher herausfinden, warum die Neurone der Minihirne anders heranreifen als ihre natürlichen Vorbilder. Denkbar ist etwa, dass die Umgebung der Petrischale den Stoffwechsel der Zellen unter Stress setzt.

4/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Gehirn&Geist 4/2020

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  • Quelle
Nature 10.1038/s41586-020-1962-0, 2020