Wissenschaft

Künstliche Organe

Forscher züchten Mini-Gehirne im Labor

Künstliche Organe sollen irgendwann einmal Menschen heilen. Forscher haben nun einen Zellenverbund gezüchtet, der Hirnströme ähnlich wie Frühchen aufweist. Andere Wissenschaftler sehen die Daten kritisch.

Muotri Lab/ UCTV/ AFP

Etwa zehn Monate altes sogenanntes Organoid von der Größe einer Erbse

Freitag, 30.08.2019   15:34 Uhr

Im Labor haben Forscher winzige Gehirne entwickelt, an denen elektrische Impulse gemessen wurden. Diese Hirnströme ähnelten denen von frühgeborenen Kindern, schreiben die Forscher um Alysson Muotri von der University of California in San Diego (Kalifornien, USA) im Fachmagazin "Cell Stem Cell".

Die Mini-Hirne sind etwa eine Million Mal kleiner als ein menschliches Gehirn, zeigen aber ab einem Alter von etwa vier Monaten erste, rhythmische Aktivitäten. Mit solchen sogenannten Organoiden könnten beispielsweise krankhafte Fehlentwicklungen des Gehirns oder die Wirkung von Medikamenten untersucht werden.

"Das Niveau der neuronalen Aktivität, das wir sehen, ist im Labor beispiellos", wird Muotri in einer Mitteilung des Fachmagazins zitiert. Seine Kollegen und er seien einem Modell, das die frühen Stadien eines hoch entwickelten Nervenzellnetzwerks erzeugen kann, einen Schritt näher gekommen. Netzwerke entstehen, wenn Nervenzellen Verbindungen untereinander aufbauen.

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Die Forscher züchteten zahlreiche der dreidimensionalen Organoide aus Stammzellen und ließen sie zehn Monate im Labor wachsen. Dann schauten sie, welche Zelltypen sich entwickelten. Nach drei und sechs Monaten waren vor allem spezialisierte Zellen des Gehirns zu finden, wie Gliazellen und Nervenzellen. Die Forscher entdeckten auch Nervenzellen mit sogenannten GABA-Rezeptoren, die im Labor zuvor noch nicht erzeugt worden seien.

Die etwa erbsengroßen Mini-Hirne wuchsen auf einer Platte mit zahlreichen Elektroden. So konnte das Team um Muotri immer wieder die elektrische Aktivität des sich entwickelnden neuronalen Netzwerks bestimmen. Diese Messungen verglichen sie mit den Gehirnaktivitäten von frühgeborenen Kindern. Zudem überführten die Wissenschaftler die Messdaten der Frühchen in ein Programm für künstliche Intelligenz. Die Simulation ergab in etwa ein ähnliches Entwicklungsstadium wie das der Organoide.

Muotri und Kollegen sind sich bewusst, dass ihre Forschung auch gesellschaftliche und ethische Fragen aufwirft. Sie betonen, dass die Organoide sich in vielerlei Hinsicht vom menschlichen Gehirn unterschieden. "Das Organoid ist immer noch ein sehr rudimentäres Modell - wir haben keine anderen Gehirnteile und Strukturen", sagt Muotri. So fehlten etwa Blutgefäße, auch die Unterteilung in zwei Hirnhälften gebe es nicht.

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Er hebt vor allem die Chancen hervor: "Ich kann Menschen mit neurologischen Erkrankungen helfen, indem ich ihnen bessere Behandlungen und eine bessere Lebensqualität gebe." Muotri ist auch an einem Unternehmen beteiligt, das unter anderem mit Hilfe von Hirn-Organoiden die Therapie bestimmter neurologischer Erkrankungen vorantreiben möchte.

Oliver Brüstle vom Universitätsklinikum Bonn sieht ebenfalls große Chancen in der Forschung an Gehirn-Organoiden. Er bescheinigt der Gruppe um Muotri eine gute, seriöse Arbeit, die technisch solide gemacht sei. Allerdings stört er sich an der Interpretation, dass die neuronalen Aktivitäten mit denen von Menschen vergleichbar seien: "Mit einer solchen Aussage sollte man sehr vorsichtig sein." Beispielsweise seien hemmende Neuronen in Organoiden schwierig zu realisieren, da sie an anderer Stelle im Gehirn gebildet werden und dann in die Großhirnrinde wandern.

Auch Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien hält den Vergleich mit den Hirnaktivitäten von frühgeborenen Kindern für unangemessen: "Diese Interpretation geht zu weit und kann falsche Hoffnungen wecken". In der wissenschaftlichen Gemeinschaft gebe es zudem Zweifel daran, dass mit der flachen Elektrodenplatte tatsächlich Aktivitäten des gesamten Organoids gemessen wurden. Das Organoid sei jedoch ein sehr gutes Forschungsmodell, viel besser als das bisher oft verwendete Mausmodell.

Stefan Parsch/dpa/joe

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