Medizin: Stanford-Team lässt menschliches Gehirngewebe in Mäusen reifen

Forscher:innen der Stanford University haben menschliches Hirngewebe in Mäuse transplantiert, denen der größte Teil ihres eigenen Kortex fehlt. Das Gewebe wuchs in den Tieren heran, verband sich mit deren Nervensystem bis ins Rückenmark und bildete dabei einen Zelltyp aus, den bisher niemand in Laborkultur nachweisen konnte. Bisherige Organoide in der Petrischale liefern zwar wichtige Zelltypen der Großhirnrinde, ihnen fehlen jedoch Blutversorgung, Körperreize und die Einbindung in ein vollständiges Nervensystem. Das neue Modell soll deshalb die Erforschung von Erkrankungen wie Schizophrenie, Epilepsie und Zerebralparese voranbringen, die ihren Ursprung oft schon vor der Geburt haben und weltweit hunderte Millionen Menschen betreffen.

Genetisch geschaffener Freiraum

Das Team um Prof. Sergiu Pașca erzeugte zunächst sogenannte apalliale Mäuse. Bei ihnen verhindert ein gezielter Eingriff in die Entwicklung, dass sich der Neokortex und Teile des Hippocampus ausbilden. Die Tiere bleiben lebensfähig, zeigen jedoch feinmotorische Auffälligkeiten und ein schwächeres Gedächtnis. In den entstandenen Hohlraum setzten die Forscher:innen menschliche kortikale Organoide ein, drei bis vier Stück pro Tier. Innerhalb von drei Monaten wuchs das Transplantat im Mittel um den Faktor 4,7 und stellte am Ende 91,9 Prozent des kombinierten Hirngewebes.

Vernetzung bis ins Rückenmark

Die menschlichen Zellen blieben nicht isoliert. Sie bildeten Nervenfasern, die bis in das Rückenmark der Mäuse reichten, und zeigten in Messungen organisierte Aktivitätsmuster wie echte neuronale Netzwerke. Unter den entstandenen Zelltypen fanden sich sogenannte von-Economo-Neuronen. Diese Zellen wurden bislang nur in obduzierten menschlichen Gehirnen beobachtet und ließen sich in gewöhnlicher Organoidkultur nie erzeugen.

Sauerstoffmangel als Krankheitsmodell

In einem ersten Krankheitsversuch setzten die Forscher:innen die Tiere fünf Stunden lang einer Sauerstoffkonzentration von 5 Prozent aus. Das menschliche Gewebe reagierte deutlich empfindlicher als das umliegende Mausgewebe und die betroffenen Mäuse zeigten anschließend Gang- und Gleichgewichtsstörungen, wie sie auch bei Zerebralparese auftreten.

Ein Modell mit Grenzen

Vollständig ist die neue Hirnrinde trotzdem nicht: Eine geordnete Schichtung fehlt, hemmende Nervenzelltypen sind unterrepräsentiert, und das Mausnervensystem reift deutlich schneller als das menschliche Gewebe. Die Autor:innen betonen zudem, dass eine weitere Annäherung an ein menschliches Gehirn ethische Fragen aufwirft, und fordern dafür eine frühzeitige gesellschaftliche Begleitung. Als Forschungsplattform sehen sie den Nutzen weniger in einer Maus mit menschlichem Gehirn als in einem lebenden System, das Zellbiologie, Schaltkreise und Verhalten erstmals in einem einzigen Modell verbindet.

via Stanford University