Harvard hält im Labor gezüchtete Gehirn-Organoide fünf Jahre lang am Leben

Neurowissenschaftler aus Harvard haben im Labor gezüchtete menschliche Gehirn-Organoide über fünf Jahre lang am Leben gehalten, den bisherigen Rekord verdreifacht und gezeigt, dass diese Miniaturmodelle der Großhirnrinde den Entwicklungszeitplan eines lebenden menschlichen Gehirns getreu nachbilden können. Die Ergebnisse, die am Mittwoch in Nature veröffentlicht wurden, eröffnen neue Wege zur Erforschung neurologischer Erkrankungen, die erst später im Leben auftreten, und könnten letztlich zu Therapien führen, bei denen erkrankte Gehirnzellen ersetzt werden.current.fas.harvard+1

Eine lebende Uhr in der Kulturschale

Die Studie, geleitet von Paola Arlotta, Professorin für Stammzell- und Regenerationsbiologie an der Harvard University, untersuchte 34 Organoide, pfefferkorngroße Zellklumpen, die jeweils mehr als 1 Million Zellen der Großhirnrinde aus menschlichen Blutproben enthielten. Zusammen mit früheren Arbeiten sammelte das Team Daten zu 110 Organoiden und fast 425.000 einzelnen Zellen und überwachte sie mittels Einzelzell-RNA-Sequenzierung zu acht Zeitpunkten zwischen sechs Monaten und fünf Jahren.current.fas.harvard

Der bisherige Rekord für das älteste Gehirn-Organoid, der 2021 von Forschern der UCLA und Stanford gemeldet wurde, lag bei 694 Tagen, also knapp unter zwei Jahren.kuwaittimes+1

Unter Verwendung von DNA-Methylierung als "Uhr für das biologische Alter" stellten die Forscher fest, dass ihre Organoide dieselbe molekulare Entwicklungssequenz nachbildeten, die in lebenden menschlichen Gehirnen während der Schwangerschaft und den ersten Lebensjahren dokumentiert ist. Neuronen bildeten Verbindungen untereinander und feuerten elektrische Signale, die die Organoide über mindestens zwei Jahre aufrechterhielten.medicalxpress

Eine "Zeitkrümmung" der Entwicklung

In einem von Arlotta als "verrücktes Experiment" bezeichneten Versuch mischte das Team Zellen, die sich seit einem Jahr entwickelt hatten, mit anderen, die erst zwei Wochen alt waren, und schuf so ein chimäres Organoid. Bei Kontakt mit chemischen Signalen verhielten sich die jüngeren Zellen normal und produzierten Neuronen im Frühstadium. Die älteren Zellen jedoch übersprangen diese Phase und erzeugten sofort Neuronen eines späteren Stadiums, deren Entstehung normalerweise Monate gedauert hätte.kuwaittimes

"Wir waren von den Ergebnissen etwas schockiert", sagte Arlotta. "Ich nenne das gerne eine 'Zeitkrümmung' der Entwicklung, sie springen vorwärts."current.fas.harvard

Das Ergebnis deutet darauf hin, dass die Gehirnzellen der Organoide "den Zeitverlauf aufgezeichnet haben und ein Gedächtnis für die bereits durchlaufenen Entwicklungsschritte bewahren", so der Artikel in Nature. Dies bedeute nicht, dass Organoide im herkömmlichen Sinne Erinnerungen hätten, betonte Arlotta, sondern vielmehr, dass ihre Entwicklungsgeschichte auf zellulärer Ebene "eingraviert" sei.pubmed.ncbi.nlm.nih+1

Implikationen und Einschränkungen

Der Durchbruch könnte Forschern helfen zu untersuchen, wie Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie entstehen und im Laufe der Zeit fortschreiten, da die meisten früheren Organoid-Studien nur die frühesten Phasen der Gehirnentwicklung erfassten. Arlotta spekulierte, dass die Zeitkrümmungs-Technik eines Tages genutzt werden könnte, um schnell spezifische Gehirnzelltypen für therapeutische Zwecke zu generieren.kuwaittimes+1

Wissenschaftler sind sich weitgehend einig, dass Organoide nicht zu Bewusstsein oder höheren Gehirnfunktionen fähig sind. Die in dieser Studie verwendeten Organoide wurden inzwischen zerstört.kuwaittimes