Neuartiges 3D‑Gewebemodell für Alzheimer entwickelt

Ein Forschungsteam des LMU Klinikums hat ein neues 3D-Gewebemodell entwickelt, das krankhafte Prozesse bei Alzheimer realitätsnäher abbilden und die Erforschung der Erkrankung beschleunigen könnte.

„Bisher mangelte es auch an dreidimensionalen Modellen, die die komplexen Zusammenhänge im menschlichen Gehirngewebe bei der Alzheimer-Demenz real abbilden“, erklärt Prof. Dominik Paquet vom Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung des LMU Klinikums. Genau da sind seinem Team jetzt Fortschritte gelungen – mit potenziellen Folgen für die Entwicklung neuer Medikamente gegen Alzheimer. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature Neuroscience“ veröffentlicht.

„Neun Jahre“, sagt Paquet, „haben wir gebraucht, um unser neues, dreidimensionales Modell des menschlichen Hirngewebes zu entwickeln, bis es auf allen nötigen Ebenen funktioniert hat.“ Auf allen nötigen Ebenen bedeutet für die Erforschung der Alzheimer-Demenz: Es kommt vor allem auf die Interaktion verschiedener Zelltypen und ihrer biochemischen Funktionen an, weniger auf die exakte Nachbildung der Struktur des Gehirns.

Die richtige Rezeptur für echtes Zusammenspiel

Ausgangsmaterial des neuen 3D-Gewebemodells sind menschliche Stammzellen, die sich in verschiedene Zelltypen des Gehirns umwandeln lassen – in diesem Fall Nervenzellen, Astrozyten und Mikrogliazellen. Um dieses Set zu bekommen, müssen die Stammzellen mit einem Cocktail verschiedener Stoffe behandelt werden, und zwar „nach einer ganz bestimmten Rezeptur, die wir selbst entwickelt haben.“ In einer speziellen Nährlösung verbinden sich diese ausdifferenzierten Zellen und haften aneinander, erklärt Paquet weiter, „und innerhalb einer Woche entstehen Gewebekügelchen in der Größe eines halben Stecknadelkopfes, die sich organisieren und zentrale Funktionen des Gehirns übernehmen.“

(Fast) alles im wie echten menschlichen Gehirn

Ihre Nervenzellen bilden Fortsätze und vernetzen sich mit funktionalen Synapsen. Die Astrozyten versorgen ihre Nachbarn mit Nährstoffen. Und die Mikrogliazellen – die Immunzellen des Gehirns – überwachen ihre Umgebung und stellen sicher, dass sich keine toten Zellen oder Fremdstoffe anreichern, die dort nicht hingehören. „Wir haben auch überprüft, ob in unserem Gewebemodell alle wichtigen Gene und Proteine aktiv sind, die für das Studium der Alzheimer-Demenz wichtig sind“ sagt der Neurowissenschaftler, „und das ist definitiv der Fall.“

Reproduzierbar, veränderbar – und krankheitsrelevant

Ein weiterer Vorteil: Das System ist reproduzierbar. Das heißt, geht man nach Anleitung der Münchner Forschenden vor, entstehen verlässlich Gewebestrukturen mit der gleichen Zusammensetzung und den gleichen Funktionen. „Von außen aber können wir das erzeugte Hirngewebe verändern“, erklärt Paquet, „zum Beispiel Symptome einer Krankheit wie Alzheimer auslösen, potenzielle Medikamente testen und so weiter.“ Tatsächlich haben die Forschenden erfolgreich die Bildung der Alzheimer-typischen Amyloid-Aggregate induziert – und diese mit neuen, bereits verfügbaren Medikamenten wieder aufgelöst. Dabei sind nachweislich die Mikroglia aktiv, die bei der Krankheit eine zentrale Rolle spielen.

Nächster Schritt: Automatisierung für eine effiziente Medikamentenentwicklung

„Unser System“, so Paquet, „könnte dazu beitragen, die Entwicklung neuer Medikamente zu beschleunigen.“ Vor diesem Hintergrund arbeitet sein Team gerade daran, die Herstellung der Gewebemodelle mit Robotern zu automatisieren und zu skalieren, das heißt hunderte bis tausende der Gewebe mit den gleichen Krankheitssymptomen herzustellen. Das ist vor allem für die Anwendung in der Industrie wichtig, beispielsweise um viele neue Stoffe effizient auf ihre Wirkung gegen Alzheimer in einem menschlichen System testen zu können.