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Los cerebros ya crecen en los laboratorios

Die Wissenschaft ist zu überraschenden Dingen fähig: Gene werden ausgeschnitten und eingefügt, um beispielsweise Mücken zu erhalten, die keine Malaria verbreiten; „Chimärenembryonen“, Hybriden zwischen Mensch und Affe, werden geschaffen, um die ersten Momente des Lebens zu studieren; oder es werden alle Arten von Organen „kultiviert“, um Medikamente zu testen oder Krankheiten zu verstehen.

Von den letzteren sind unter allen sogenannten Organoiden die Gehirne am auffälligsten. Tatsächlich handelt es sich um Mini-Gehirne, ein kontroverser Begriff, der zwar überraschende Schlagzeilen macht, aber bei Wissenschaftlern, die immer noch darüber diskutieren, wie sie sie nennen sollen, für Aufsehen sorgt. Einfach erklärt: Hierbei handelt es sich um Gruppen von Zellen, die in einer Petrischale wachsen, sich verklumpen und am Ende auf ähnliche Weise funktionieren wie Prozesse, die in unserem Kopf ablaufen.

Im Moment sind sie noch kein vollständiges Gehirn; Sie dienen jedoch als vereinfachte Miniaturmodelle (sie messen nur wenige Millimeter und sehen einem Reiskorn ähnlich), mit denen experimentiert werden kann, und mit denen bereits Errungenschaften erzielt wurden, die vom Minigehirn bis zum „Augen“ gewachsen sind .‘ zu Implantaten im Gehirn von Mäusen, was die Tür zu einer ganzen wissenschaftlichen Revolution öffnet.

Alles beginnt mit etwas so Einfachem wie einem Stück menschlicher Haut, dem gleichen Stoff, den wir jede Nacht zwischen den Laken unseres Bettes liegen lassen. Wissenschaftler sind in der Lage, diese Zellen „umzuprogrammieren“ oder „zurückzuspulen“ und sie in einen früheren Zustand zu versetzen, ähnlich wie Stammzellen, wenn sie die Fähigkeit haben, sich in einen beliebigen Zelltyp in unserem Körper zu verwandeln.

Später sind sie „gezwungen“, sich zu anderen, spezialisierteren Einheiten zu entwickeln und so Neuronen zu schaffen, die miteinander interagieren. Von hier aus eröffnet sich im Labor eine Welt voller Möglichkeiten, die auf der Grundlage eines relativ einfachen Rohmaterials alle Arten von Tests durchführen können, die an einem lebenden menschlichen Gehirn nicht durchgeführt werden könnten.

Sie sind keine Frankensteins

„Das Ziel besteht nicht darin, Frankensteins zu erschaffen“, warnt ABC Víctor Borrell Franco, Forscher am Institut für Neurowissenschaften, einem gemischten Zentrum des Higher Council for Scientific Research und der Miguel Hernández University (CSIC-UMH). Er spricht mit Sachkenntnis: Dank der Mini-Gehirne hat sein Team ein Gen entdeckt, das unsere Großhirnrinde, den größten und komplexesten Teil unseres Gehirns, vor drei bis vier Millionen Jahren wachsen ließ und uns in Menschen verwandelte . Der Befund wurde in der Zeitschrift „Wissenschaftliche Fortschritte‘.

Sein Fachgebiet, die Embryonalentwicklung – die Untersuchung der Funktionsweise unserer allerersten Zellen, wenn wir gerade mal so groß sind wie eine Erbse – ist eines der produktivsten, was den Einsatz von Minigehirnen angeht. Im Zuge der explosionsartigen Entwicklung der Forschung berichteten die Medien auf der ganzen Welt von einigen Mini-Gehirnen mit „Augen“, einigen „auffälligen“ Organoiden, die geschaffen wurden, um den Ursprung des Sehvermögens zu erforschen.

Im Magazin veröffentlichtZellstammzelleDas Experiment bestand aus wachsenden Organoiden des Sehnervenbechers – den Strukturen, aus denen sich fast der gesamte Augapfel entwickelt – allerdings mit einer kleinen Ergänzung: zusammen mit Minigehirnen. Wie menschliche Embryonen zeigten diese Minigehirne nach 50 Tagen Entwicklung deutlich sichtbare „Augen“.

Auf dem Bild sehen Sie die „Mini-Gehirne“, denen „Augen“ geboren wurden. Tatsächlich handelt es sich um Augenhöhlen, die Vorläuferorgane des Sehvermögens bei Embryonen

Elke Gabriel

Darüber hinaus enthielten diese Augenhöhlen verschiedene Arten von Netzhautzellen, die in neuronalen Netzwerken organisiert waren, die auf Licht reagierten, und sogar Linsen und Hornhautgewebe. Darüber hinaus zeigten die Strukturen, dass die Art „Netzhaut“ dieser Organoide mit dem Minigehirn verbunden war.


Los Cerebros Ya Crecen En Los Laboratorios

Herstellung menschlicher Hautorganoide

Tag 30

Augen entstehen in der Neurosphäre

Vorheriger Schritt

Es werden menschliche Hautzellen gesammelt

Tag 0

Sie „spulen zurück“, bis sie zu einer induzierten pluripotenten Zelle werden (die sich wie Stammzellen verhält).

Tag 10

Es entsteht die Neurosphäre, eine Gruppe von Nervenstammzellen

Tag 60

Die Augen sind sichtbar und lichtempfindlich.

Brunnen: Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021 / ABC

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Organoide erschaffen

der menschlichen Haut

Vorheriger Schritt

Es werden menschliche Hautzellen gesammelt

Tag 0

Sie „spulen zurück“, bis sie zu einer induzierten pluripotenten Zelle werden (die sich wie Stammzellen verhält).

Tag 10

Es entsteht die Neurosphäre, eine Gruppe von Nervenstammzellen

Tag 30

Augen entstehen in der Neurosphäre

Tag 60

Die Augen sind sichtbar und lichtempfindlich.

Brunnen: Gabriel et al., Cell Stem Cell, 2021 / ABC

Ihr Nutzen beschränkt sich nicht nur darauf, herauszufinden, wie Organe im Mutterleib gebildet werden. Es gibt auch Experimente, die in nicht allzu ferner Zukunft direkte Anwendungen in der Medizin haben könnten. Borrell Franco verweist beispielsweise auf eine Studie, die in „Natur“ von Cambridge-Wissenschaftlern, die diese Mini-Gehirne zusammen mit dem Rückenmark einer Maus züchteten.

Innerhalb weniger Tage, nachdem es in eine von Muskelgewebe umgebene Petrischale gelegt wurde, erzeugte das Organoid lange Nervenverbindungen zum Knochenmark, um sich mit diesem zu verbinden und so etwas zu bilden, das einem zentralen Nervensystem ähnelt. Es war sogar in der Lage, die Muskeln um es herum zusammenzuziehen, wie es die Motoneuronen in unserem Gehirn tun. „Dies könnte die Tür dazu sein, dass Patienten, die beispielsweise einen Schlaganfall erleiden, bei dem ein Teil ihres Gehirns stirbt, in Zukunft die Möglichkeit haben, diese Bereiche mit Organoiden zu regenerieren, die aus ihren eigenen Hautzellen hergestellt werden.“ Es ist zweifellos ein vielversprechendes Feld ».

Eine der bahnbrechendsten neuesten Studien, veröffentlicht in der gleiche Zeitschrift Ende letzten Jahres ging es noch einen Schritt weiter: Der Gruppe um Sergiu Pasça, einem Forscher an der Stanford University und einer der bedeutendsten Persönlichkeiten in der Arbeit mit Organoiden, gelang es, diese Minigehirne aus menschlichen Zellen in Rattengehirne einzuführen . und dass dieses Transplantat außerdem reagieren würde, wenn die Tiere eine Belohnung erhielten.

Transplantiertes menschliches Organoid, markiert mit einem fluoreszierenden Protein, in einem Rattenhirnschnitt

UNIVERSITÄT IN STANFORD

„Es war ein Meilenstein, weil diese Organoide kein Bindegewebe wie Venen und Arterien bilden und ihre Transplantation in lebende Organismen daher sehr kompliziert ist“, sagte Guillermina López-Bendito, ebenfalls Forscherin am CSIC-UMH-Institut für Neurowissenschaften und Labormitarbeiterin , erklärt ABC. von Passa. Der Schlüssel lag darin, diese Organoide am genauen Ort und im richtigen Moment einzubeziehen: im somatosensorischen Kortex – dem Bereich, der für den Empfang und die Verarbeitung sensorischer Informationen aus dem gesamten Körper, wie z. B. Berührungen, verantwortlich ist – junger Ratten, deren neuronale Schaltkreise noch nicht vollständig ausgebildet sind.

„Es ist ein revolutionäres Gebiet und einer der wichtigsten methodischen Fortschritte dieses Jahrhunderts“, sagt López-Bendito, der in Kürze mit der Kultivierung dieser Mini-Gehirne beginnen wird, um Gehirnkrankheiten, sein Spezialgebiet, zu untersuchen. „Es wird uns ermöglichen, Gene zu beobachten, die mit bestimmten Pathologien wie Epilepsie zusammenhängen, und herauszufinden, was falsch ist. Oder beobachten Sie Phänomene „in vivo“, die heute in lebenden Gehirnproben oder in Embryonen nicht mehr zu beobachten sind.“

Immer noch „in Windeln“

Sie weist auch darauf hin, dass diese Organoide in Zukunft dazu dienen werden, Tierversuche zu ersetzen (obwohl sie die Terminologie von Pasça bevorzugt, der sie als zusammenhängend betrachtet, da sie nicht das gesamte Organ bilden). „Wir werden damit in der Lage sein, verschiedene Medikamente zu testen und vorherzusagen, wie sie im menschlichen Gehirn wirken. Es ist wahr, dass es immer einen Unterschied zu echten Menschen geben wird, aber es wird ein sehr leistungsfähiges Werkzeug für die Durchführung von Proofs of Concept sein.“

Sowohl Borrell als auch López-Bendito sind sich jedoch einig, dass diese Asembloide, Organoide oder Mini-Gehirne sicherlich noch in den Kinderschuhen stecken. „Einige Arten neuronaler Zellen, wie sie etwa im Thalamus oder im Striatum des Rückenmarks entstehen, müssen wir noch reproduzieren“, sagt der Forscher. „Darüber hinaus wird es notwendig sein, die Debatte über bestimmte ethische Aspekte anzusprechen.“ Beispielsweise sind noch Fragen offen, etwa die Beschaffung menschlicher Biomaterialien oder die Zustimmung der Spender. Darüber hinaus haben viele die Grenzen des Bewusstseins erhöht, eine Barriere ohne Abgrenzung.

Gehirnorganoide in einer Petrischale

A*STAR’S GENOME INSTITUTE OF SINGAPUR

Um diese Probleme anzugehen, veröffentlichten die US-amerikanischen National Academies of Sciences, Engineering and Medicine im Jahr 2021 einen Bericht, in dem sie feststellten, dass „es äußerst unwahrscheinlich ist, dass Gehirnorganoide über Fähigkeiten verfügen, die nach derzeitigem Verständnis als Bewusstsein, Emotion oder die Erfahrung von erkannt werden würden.“ Schmerz. Das heißt, sie bezweifeln, dass diese Mini-Gehirne fühlen können. Darüber hinaus gaben sie an, dass es sich in der derzeit erstellten Form „derzeit nicht von anderen Geweben oder menschlichen In-vitro-Neuralkulturen“ unterscheide, die ebenfalls für die Forschung verwendet würden. Trotz allem warnten sie, dass „dieses Konzept im Zuge des technologischen Fortschritts möglicherweise überarbeitet werden muss“.

Borrell seinerseits weist darauf hin: „Das Gehirn ist ein vernetztes Organ, das viel komplexer ist als das, was wir im Labor erschaffen, und zu dem wir immer noch mehr Fragen als Antworten haben.“ Zumindest im Moment gibt es für das, was in unseren Köpfen vorgeht, keine „In-vitro“-Nachbildung.

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