Transplantierte Gehirnorganoide beeinflussen das Verhalten von Ratten

Forschenden der Stanford Universität ist es gelungen, menschliche Gehirnorganoide so in die Gehirne von jungen Ratten zu transplantieren, dass sie sich in das wachsende Gehirn integrierten und das Verhalten der Ratte beeinflussen konnten.

Organoide sind aus Stammzellen gezüchtete Strukturen, deren Zellstrukturen und Fähigkeiten denen von Organen ähneln. Sie ermöglichen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Forschung an Organen, die gewissermaßen menschlich sind, ohne dabei am lebenden Menschen experimentieren zu müssen. So entwickeln Gehirnorganoide beispielsweise Schichten von Nervenzellen mit einer Signalaktivität und sogar „Gehirnregionen“, die Bereichen des menschlichen Gehirns gleichen.

Dennoch können Gehirnorganoide aus menschlichen Stammzellen bislang die komplexe Funktionsweise des Gehirns nicht nachahmen. Da sie nicht in neuronale Netzwerke integriert sind, die ein Verhalten erzeugen können, sind sie für die Modellierung genetisch komplexer oder neuropsychiatrischen Krankheiten derzeit nur begrenzt geeignet.

Um diese Hürde zu überwinden, haben Forschende bereits versucht, menschliche Gehirnorganoide in Gehirne von erwachsenen Mäusen zu transplantieren. Die Transplantate sind zwar auch mit dem Gehirngewebe verwachsen, konnten sich aber nicht vollständig darin integrieren.

Sergiu Pașca und sein Team haben nun Gehirnorganoide in wenige Tage alte Rattengehirne transplantiert. Da die Gehirne der jungen Tiere noch in der Entwicklung sind, konnten die transplantierten Organoide mitreifen, Verknüpfungen zu anderen Hirnregionen ausbilden und sich so in Gehirnnetzwerke integrieren. Die Experimente der Forschenden zeigen, dass die Aktivierung von Nervenzellen in den Organoiden sogar das Verhalten der Ratten beeinflussen kann.

„Gehirnorganoide bilden zwar eine relativ komplexe, hirngewebeähnliche Struktur, doch fehlen ihnen die Immunzellen des Gehirns, die Blutgefäße und die in vivo vorgefundene Vernetzung der Schaltkreise. Daher versagen sie oft bei der Modellierung komplexer menschlicher Hirnerkrankungen, die mit der Bildung von Schaltkreisen zusammenhängen, wie Autismus oder Schizophrenie. Die Transplantation menschlicher Gehirnorganoide in hochgradig vaskularisierte Gehirne immundefizienter Nagetiere bietet eine einzigartige Gelegenheit, fehlende Komponenten in das Modell einzubauen und neuronale Schaltkreise in menschlichen In-vitro-Gehirnmodellen vollständig zu bilden”, kommentierte Dr. Agnieszka Rybak-Wolf, Leiterin der Technologie-Plattform Organoide, Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC), Berlin, die Studie. Dieser Bereich der chimären Forschungsmodelle entwickle sich rasch weiter, da solche Modelle beispielsweise für die Züchtung kompatibler menschlicher Organe für Transplantationen eingesetzt werden könnten, erklärte die Wissenschaftlerin. Sei bei dieser Forschung das Gehirn betroffen, werfe dies immer mehrere ethische Fragen auf, beispielsweise, ob durch solche Transplantationen bei Tieren eine menschenähnliche Kognition erzeugt werde.

„Da wir aus offensichtlichen Gründen keine Forschungen an menschlichen Gehirnen von Erwachsenen oder Föten durchführen können, sind Organoide des menschlichen Gehirns ein großer Fortschritt in der Erforschung des menschlichen Gehirns. Die Entwicklung von Organoiden, deren physiologische Bedingungen das ‚echte menschliche Gehirn‘ widerspiegeln, ist eines der Hauptziele auf diesem Gebiet, weshalb wir bei solchen chimären Modellen sorgfältig zwischen den Vorteilen und den Risiken abwägen müssen”, sagte Rybak-Wolf.

„Die transplantierten Organoide machen es nun möglich, Netzwerkeigenschaften der menschlichen Nervenzellen auf eine andere Weise zu untersuchen. Das könnte Einfluss auf die Erforschung von neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie oder von Autismus haben“, erklärte Prof. Jürgen Knoblich,
wissenschaftlicher Direktor und leitender Wissenschaftler am Institut für Molekulare Biotechnologie, Wien, Österreich.