Wissenschaftler haben ein einzigartiges Organoid gezüchtet, das das gesamte Gehirn nachahmt

Forscher der Johns Hopkins University haben ein einzigartiges menschliches Gehirn-Organoid mit Nervengewebe und rudimentären Blutgefäßen gezüchtet. Die Entwicklung könnte einen Durchbruch in der Erforschung neuropsychiatrischer Erkrankungen wie Autismus bedeuten.

„Wir haben ein Organoid der nächsten Generation geschaffen“, sagte Hauptautorin Annie Kathuria, Assistenzprofessorin in der Abteilung für Biomedizintechnik der JHU, die sich mit der Entwicklung des Gehirns und neuropsychiatrischen Erkrankungen beschäftigt. „Normalerweise werden in Studien Organoide erstellt, die nur einen Teil des Gehirns darstellen – die Großhirnrinde, das Hinterhirn oder das Mittelhirn. Uns ist es gelungen, ein rudimentäres Ganzhirn-Organoid zu züchten, das wir als multiregionales Gehirn-Organoid (MRBO) bezeichnen.“

Die in der Fachzeitschrift Advanced Science veröffentlichte Arbeit ist eines der ersten Organoide, das Gewebe aus allen wichtigen miteinander interagierenden Hirnregionen enthält. Dies ist besonders wichtig für die Erforschung von Erkrankungen, die das gesamte Gehirn betreffen, wie Schizophrenie oder Autismus. Bisher wurden derartige Studien hauptsächlich an Tiermodellen durchgeführt.

Um MRBO zu züchten, kultivierte Kathurias Team zunächst Nervenzellen aus verschiedenen Teilen des Gehirns sowie rudimentäre Blutgefäße in separaten Schalen. Anschließend verbanden sie diese Teile mithilfe spezieller „Klebeproteine“, sodass die Gewebe zusammenwachsen und kommunizieren konnten. Während das Organoid wuchs, traten elektrische Signale auf, die auf die Aktivität des neuronalen Netzwerks hindeuteten.

Das entstandene Organoid enthielt eine breite Palette neuronaler Zellen, die denen im Gehirn eines menschlichen Embryos am 40. Tag seiner Entwicklung ähnelten. Die im Labor geschaffene Mini-Gehirnstruktur konnte etwa 80 % der Zelltypen reproduzieren, die für das frühe Stadium der menschlichen Gehirnentwicklung charakteristisch sind.

Obwohl das MRBO wesentlich kleiner ist als das echte Gehirn (etwa 6–7 Millionen Neuronen gegenüber mehreren zehn Milliarden bei einem Erwachsenen), bietet es eine einzigartige Plattform für die Untersuchung der Entwicklung des Gehirns als Ganzes.

Das Organoid zeigte auch eine frühe Form der Blut-Hirn-Schranke, einer Zellschicht, die den Durchgang von Substanzen ins Gehirn kontrolliert.

„Um neurologische Entwicklungsstörungen oder psychiatrische Erkrankungen zu verstehen, müssen wir mit menschlichen Zellen arbeiten. Aber ich kann nicht einfach jemanden bitten, mir sein Gehirn zu ‚leihen‘, um Autismus zu erforschen“, erklärt Kathuria. „Ganzhirn-Organoide ermöglichen es uns, den Krankheitsverlauf in Echtzeit zu beobachten, Behandlungen zu testen und sogar maßgeschneiderte Therapien zu entwickeln.“

Wissenschaftler weisen darauf hin, dass die Verwendung solcher Organoide zum Testen neuer Medikamente die Effizienz klinischer Studien verbessern könnte. Heute scheitern 85 bis 90 Prozent der Medikamente in Phase-I-Studien am Menschen, bei neuropsychiatrischen Medikamenten liegt die Ausfallrate sogar noch höher – bis zu 96 Prozent. Dies liegt daran, dass in den frühen Entwicklungsstadien meist Tiermodelle verwendet werden, während MRBO die Entwicklung des menschlichen Gehirns besser nachbilden und als genaueres Modell dienen können.

„Schizophrenie, Autismus und Alzheimer betreffen das gesamte Gehirn, nicht nur bestimmte Regionen“, sagt Kathuria. „Wenn wir bereits in den frühesten Entwicklungsstadien verstehen, was schief läuft, können wir neue Ansatzpunkte für Therapien und die Entwicklung von Medikamenten finden. Wir können Medikamente direkt in diesen Organoiden testen und ihre Wirksamkeit beurteilen, bevor sie in klinischen Studien am Menschen getestet werden.“