Stanford transplantiert im Labor gezüchtetes menschliches Hirngewebe in Mäuse

Wissenschaftler der Stanford University haben im Labor gezüchtetes menschliches Hirngewebe in Mäuse transplantiert, die so manipuliert wurden, dass ihnen ein Großteil der Großhirnrinde fehlt. Es entstanden hybride Tiere, deren Gehirn zu etwa der Hälfte aus menschlichem Gewebe besteht – ein Fortschritt, der laut Forschern die Untersuchung psychiatrischer und neuroentwicklungsbedingter Störungen verändern könnte.

Die am Mittwoch im Fachjournal Nature veröffentlichte Studie beschreibt, wie das Team um den Neurowissenschaftler Sergiu Pașca dreidimensionale Cluster menschlicher kortikaler Neuronen, sogenannte Organoide, aus umprogrammierten Hautzellen züchtete. Diese wurden dann chirurgisch in neugeborene Mäuse eingesetzt, deren Großhirnrinde und Hippocampus während der Entwicklung genetisch ausgeschaltet wurden. Innerhalb von drei Monaten dehnte sich das menschliche Gewebe auf über 90 Prozent des kortikalen Volumens aus, bildete funktionelle Verbindungen im gesamten Nervensystem der Maus und erstreckte sich bis zum Rückenmark.reuters+3

Funktionsweise

Die Forscher bezeichnen die resultierenden Tiere als "xenokortikale" Mäuse. Frühere Versuche, menschliche Neuronen in Nagetiergehirne zu verpflanzen, waren begrenzt, da sich menschliche Neuronen etwa 20-mal langsamer entwickeln als Mausneuronen und daher nicht um den Platz konkurrieren konnten. Durch die genetische Entfernung der Zellen, die normalerweise die Maus-Hirnrinde bilden, verschaffte das Team um Pașca dem menschlichen Gewebe Raum und Zeit zum Wachsen.npr

"Der Raum, der normalerweise von der Maus-Hirnrinde eingenommen wird, ermöglichte es uns, menschliche kortikale Organoide kurz nach der Geburt zu transplantieren und gab dem menschlichen Gewebe Raum, sich umfassend zu entwickeln", sagte Pașca. Trotz des Fehlens von etwa der Hälfte ihres Gehirnvolumens waren die manipulierten Mäuse vor der Transplantation überraschend funktionsfähig – ein Beweis für die Plastizität des sich entwickelnden Gehirns.iflscience+1

Die Transplantate produzierten zudem seltene von-Economo-Neuronen, große Zellen, die mit sozialer Kognition und frontotemporaler Demenz in Verbindung gebracht werden und die zuvor noch nie in einem lebenden Labormodell erzeugt wurden.sciencealert+1

Ein neues Fenster zu Krankheiten

In Verhaltenstests schnitten Mäuse mit reduziertem Kortex, die menschliche Organoide erhielten, bei einer Labyrinth-Aufgabe zum Arbeitsgedächtnis besser ab als solche ohne Transplantate und näherten sich dem Niveau normaler Mäuse an. Bei Sauerstoffmangel – einem Zustand, den Mäuse normalerweise gut vertragen, der beim Menschen jedoch Zerebralparese verursachen kann – zeigten die xenokortikalen Mäuse neuronale Schäden und Gangstörungen, was eine spezifisch menschliche Anfälligkeit nachahmt.thetransmitter+3

"Die Psychiatrie hat eine der niedrigsten Erfolgsraten bei klinischen Studien", sagte Pașca auf einer Pressekonferenz. "Medikamente, die in Tiermodellen sehr gut zu funktionieren scheinen, scheitern in der Klinik dramatisch. Das sagt uns, dass uns viele Informationen über die menschliche Biologie fehlen".bbc

Ethisches Terrain

Die Forscher betonten, dass es sich nicht um Mäuse mit menschlichem Gehirn handelt. Die Tiere behalten ihre sensorischen Organe und subkortikalen Strukturen, und dem transplantierten Gewebe fehlt die geschichtete Architektur einer reifen menschlichen Hirnrinde. Das Team beendete die Experimente bewusst, bevor die menschlichen Neuronen ein Entwicklungsstadium erreichten, das mit Markern für Bewusstsein assoziiert ist.newscientist+2

Dennoch sagten externe Experten, dass die Arbeit neues ethisches Terrain betritt. "Dies bringt uns in neue Grauzonen, für die es keine klaren ethischen Richtlinien oder Normen gibt", sagte die Bioethikerin Nita Farahany von der Duke University, die nicht an der Studie beteiligt war. Hongkui Zeng vom Allen Institute warnte, dass ähnliche Verfahren bei größeren, langlebigeren Tieren weitaus ernstere Bedenken aufwerfen würden.npr

Pașca erkannte die Spannung an, verwies jedoch auf die Kosten des Nichtstuns. "Neurologische und psychiatrische Störungen betreffen fast jeden fünften Menschen", sagte er, "und bei vielen dieser Erkrankungen verstehen wir die zugrunde liegende Biologie noch nicht gut genug, um wirksame Behandlungen zu entwickeln".reuters