Neue Studie zeigt, dass "Mini-Gehirne" die Entwicklung von Behandlungen für die Alzheimer-Krankheit beschleunigen könnten

Mithilfe einer innovativen neuen Methode stellt ein Forscher der University of Saskatchewan (USask) Miniatur-Pseudoorgane aus Stammzellen her, um die Alzheimer-Krankheit zu diagnostizieren und zu behandeln.

Als Dr. Tyler Wenzel erstmals auf die Idee kam, ein Miniaturgehirn aus Stammzellen zu erschaffen, ahnte er nicht, wie erfolgreich seine Erfindung sein würde. Nun könnte Wenzels „Mini-Gehirn“ die Diagnose und Behandlung von Alzheimer und anderen Hirnerkrankungen revolutionieren.

„Nicht einmal in unseren kühnsten Träumen hätten wir geglaubt, dass unsere verrückte Idee funktionieren würde“, sagte er. „Diese [Mini-Gehirne] könnten als aus Blut hergestelltes Diagnoseinstrument eingesetzt werden.“

Wenzel, ein Postdoktorand in der Abteilung für Psychiatrie der medizinischen Fakultät, entwickelte unter der Leitung von Dr. Darrell Musso, Ph.D. die Idee des „Mini-Gehirns“ – oder, formeller ausgedrückt, eines einzigartigen Modells eines zerebralen Organoids.

Menschliche Stammzellen können so manipuliert werden, dass sie sich in nahezu jede andere Körperzelle verwandeln. Mithilfe von Stammzellen aus menschlichem Blut gelang es Wenzel, ein etwa drei Millimeter großes künstliches Miniaturorgan zu erschaffen, das optisch an ein Stück Kaugummi erinnert, das man versucht hat, wieder glatt zu streichen.

Diese „Mini-Gehirne“ entstehen durch die Gewinnung von Stammzellen aus einer Blutprobe, die anschließend in funktionsfähige Gehirnzellen umgewandelt werden. Die Verwendung kleiner synthetischer Organoide für die Forschung ist kein neues Konzept, doch die in Wenzels Labor entwickelten „Mini-Gehirne“ sind einzigartig. Wie in Wenzels Artikel in der Fachzeitschrift „Frontiers of Cellular Neuroscience“ beschrieben, bestehen die Gehirne in seinem Labor aus vier verschiedenen Gehirnzelltypen, während die meisten Gehirn-Organoide ausschließlich aus Neuronen bestehen.

In Tests stellten Wenzels „Mini-Gehirne“ ein genaueres Bild des menschlichen Gehirns erwachsener Menschen dar und ermöglichten so detailliertere Untersuchungen neurologischer Erkrankungen bei Erwachsenen, wie etwa der Alzheimer-Krankheit.

Und bei den aus Stammzellen von Alzheimer-Patienten geschaffenen „Mini-Gehirnen“ stellte Wenzel fest, dass das künstliche Organ die Alzheimer-Pathologie aufwies – nur in geringerem Maße.

„Wenn Stammzellen zu jeder Zelle im menschlichen Körper werden können, stellte sich die Frage: Können wir etwas erschaffen, das einem ganzen Organ ähnelt?“, sagte Wenzel. „Während wir das entwickelten, kam mir die verrückte Idee, dass, wenn es sich tatsächlich um menschliche Gehirne handelte, ein Patient an Alzheimer erkrankte und wir ein ‚Mini-Gehirn‘ züchteten, dieses kleine Gehirn theoretisch Alzheimer hätte.“

Wenzel betonte, dass diese Technologie das Potenzial habe, die medizinische Versorgung von Alzheimer-Patienten, insbesondere in ländlichen und abgelegenen Gemeinden, zu verändern. Diese bahnbrechende Forschung wird bereits von der kanadischen Alzheimer-Gesellschaft unterstützt.

Wenn es Wenzel und seinen Kollegen gelingen könnte, neurologische Erkrankungen wie Alzheimer zuverlässig zu diagnostizieren und zu behandeln, und zwar mit nur einer kleinen Blutprobe – die relativ lange haltbar ist und per Kurier verschickt werden kann –, anstatt dass die Patienten in Krankenhäuser oder Fachkliniken fahren müssten, könnten dadurch die Ressourcen des Gesundheitswesens erheblich gespart und die Belastung der Patienten verringert werden.

„Wenn dieses Instrument so funktioniert, wie wir denken, könnten wir theoretisch einfach eine Blutprobe aus La Loche oder La Ronge an die Universität schicken und auf diesem Weg eine Diagnose stellen“, sagte er.

Der erste Proof of Concept für die „Mini-Gehirne“ war äußerst vielversprechend. Der nächste Schritt für Wenzel besteht also darin, die Tests auf einen größeren Patientenpool auszuweiten.

Die Forscher sind zudem daran interessiert, den Umfang ihrer Mini-Gehirn-Forschung zu erweitern. Sollten sie bestätigen können, dass die Mini-Gehirne andere Hirnerkrankungen oder neurologische Erkrankungen genau widerspiegeln, könnten sie dazu eingesetzt werden, Diagnosen zu beschleunigen oder die Wirksamkeit von Medikamenten bei Patienten zu testen, sagte Wenzel.

Als Beispiel nannte Wenzel die langen Wartezeiten auf einen Termin bei einem Psychiater in Saskatchewan. Könnte man mit den „Mini-Gehirnen“ testen, welches Antidepressivum bei depressiven Patienten am besten wirkt, könnte die Zeit bis zum Arztbesuch und zur Rezeptbeschaffung deutlich verkürzt werden.

Ein „Mini-Gehirn“ in der Petrischale – aus Stammzellen von Alzheimer-Patienten hergestellt, weisen die Organoide die Alzheimer-Krankheit auf, nur in kleinerem Maßstab. Bildnachweis: USask/David Stobbe.

Wenzel, ein ehemaliger High-School-Lehrer für Naturwissenschaften, der in die Welt der Forschung und der Wissenschaft wechselte, sagte, es sei „die Essenz der Forschung“ – eine Hypothese aufzustellen und ihrer Überprüfung in einem Experiment näher zu kommen –, die ihn an seiner Arbeit reize.

Der überwältigende Erfolg der ersten „Mini-Gehirne“ war so erstaunlich, dass Wenzel zugab, er könne ihn noch immer nicht ganz begreifen.

„Ich kann es immer noch nicht glauben, aber es ist auch unglaublich motivierend, dass so etwas passiert ist“, sagte Wenzel. „Es gibt mir etwas, von dem ich glaube, dass es die Gesellschaft beeinflussen, einen echten Unterschied machen und Veränderungen bewirken wird … es hat das Potenzial, die medizinische Landschaft zu verändern.“

Die Ergebnisse der Arbeit werden in einem Artikel in der Zeitschrift Frontiers in Cellular Neuroscience ausführlich beschrieben.