Menschliches Hirngewebe erstmals in Mäusen gezüchtet

Wissenschaftlern der Stanford University in Kalifornien ist ein bedeutender Durchbruch in der Neurowissenschaft gelungen: Sie haben erstmals menschliches Hirngewebe in genetisch veränderten Mäusen wachsen lassen. Die in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichte Forschung eröffnet völlig neue Wege, um neurologische Erkrankungen wie Zerebralparese, Schizophrenie, Epilepsie und schweren Autismus zu erforschen.

Das Team um Forschungsleiter Sergiu Pașca konstruierte die Mäuse so, dass fast ihre gesamte Großhirnrinde – die äußerste Schicht des Gehirns – fehlte. Dies gab dem transplantierten menschlichen Hirngewebe Raum zum Wachsen und zur Bildung von Verbindungen mit dem Gehirn und Rückenmark des nagetierischen Wirts. Das menschliche Gewebe wurde aus Stammzellen gezüchtet, die ursprünglich von Hautzellen abstammen und sich in die meisten Zelltypen des Körpers differenzieren können.

Einzigartige Einblicke in die menschliche Gehirnentwicklung

Die Transplantationsmethode ebnet den Weg zur Beobachtung der Aktivität von Neuronen im fetalen Stadium des Menschen mit einer Detailgenauigkeit, die weder bei lebenden Menschen noch in im Labor gezüchteten Gehirngewebekulturen möglich ist. „Diese Tiermodelle bieten eine einzigartige Gelegenheit, zu untersuchen, wie krankheitsbedingte Veränderungen in der menschlichen Gehirnverschaltung in einem intakten Nervensystem zum Ausdruck kommen“, sagte Pașca. „Neurowissenschaftler werden viel mehr über die Ursachen und Mechanismen neurodevelopmentaler und während der Schwangerschaft erworbener Störungen erfahren sowie mögliche Interventionen testen können, um diese zu korrigieren oder zu verhindern.“

Die Fähigkeit, zumindest einige Prozesse der sich entwickelnden menschlichen Großhirnrinde in einem anderen Organismus nachzubilden und aufrechtzuerhalten, war seit Langem ein zentrales Ziel von Forschern auf diesem Gebiet. Die mit menschlichem Hirngewebe transplantierten Nagetiere zeigten im Vergleich zu ihren nicht modifizierten Artgenossen unterschiedliche Verhaltensweisen, etwa ein verändertes Gangbild unter Sauerstoffmangel.

Simulation von Zerebralparese im Tiermodell

Die Forscher setzten die genetisch veränderten sogenannten Xenokortex-Mäuse fünf Stunden lang einer sauerstoffarmen Umgebung aus. Damit simulierten sie eine Ursache für Zerebralparese beim Menschen, wenn diese während der Schwangerschaft oder rund um die Geburt auftritt. Die unter Sauerstoffmangel leidenden Nagetiere hatten Schwierigkeiten, ihr Gleichgewicht und ihren Gang aufrechtzuerhalten, während ihre nicht veränderten Artgenossen kaum beeinträchtigt waren.

Die xenokortikalen Organismen könnten laut Pașca dabei helfen, die Ursachen anderer Erkrankungen besser zu verstehen, darunter Schizophrenie, Epilepsie und schwerer Autismus. Die neue Technik habe sowohl intern an der Stanford University als auch durch externe Experten umfangreichen ethischen Prüfungen unterlegen, sagte der Forscher. Er verwies auf die Frage, ob es ethisch vertretbar sei, derartige Forschung nicht durchzuführen, angesichts der großen Anzahl von Menschen weltweit, die an unheilbaren neurologischen Erkrankungen leiden.

Fachwelt lobt „technischen Sprung“

Oscar Marín, Professor für Neurowissenschaften am King’s College London, bezeichnete die Forschung als „technischen Sprung“. Der „unmittelbare Preis“ sei das „Beobachten der Entwicklung menschlicher kortikaler Neuronen auf molekularer und elektrischer Ebene in einem weitaus realistischeren Setting als in einer Petrischale“. Dies ermögliche es, „ihre Reifung gegenüber echtem menschlichem Fötalgewebe zu benchmarken und die Aktivität großer Populationen menschlicher Neuronen in einem wachen Tier aufzuzeichnen“. Zudem sei es „eine gute Plattform, um zu testen, ob ein Medikament oder eine Gentherapie das Verhalten menschlicher Neuronen verändert“.

Einschränkungen und ethische Fragen

Marín und andere Experten hoben jedoch auch Einschränkungen der Xenokortex-Technik hervor. Dazu gehören, dass das transplantierte Gewebe die volle Komplexität des menschlichen Gehirns nicht widerspiegelt und dass die untersuchten Verbindungen zwischen Mensch und Maus statt zwischen Mensch und Mensch bestehen.

Cedric Bardy, Matthew Flinders Professor an der australischen Flinders University, wies auf eigene technische Limitationen hin: „Obwohl dieses Hybridmodell einige Limitationen sowohl von humanem Gewebe in einer Petrischale als auch von Nicht-Mensch-Tiermodellen adressiert, schafft es auch eigene technische Limitationen.“ Das künstliche Entfernen kritischer Teile des Mäusegehirns sei „ein drastischer Ansatz, der stark störend ist und Faktoren einführen kann, die die translationale Anwendung in der Therapie erschweren“.

Danielle Hamm, Direktorin des britischen Nuffield Council on Bioethics, betonte, die Forschung biete „riesiges Potenzial, unser Verständnis der neurologischen Entwicklung zu vertiefen und Krankheiten zu behandeln“. Die Berücksichtigung damit verbundener ethischer Fragen müsse jedoch Schritt halten. Hamm verwies auf einen „Mangel an koordinierten Best Practices und ethischen Leitlinien“ im Bereich der humanen neuralen Organoide – Gehirngewebekulturen, die die Struktur und Funktion des Organs nachahmen.