Wie Stammzellinnovation die Neurowissenschaftsforschung vorangebracht hat

Wissenschaftler bauen menschliches Hirngewebe mit neuronaler Aktivität an, die über Monate anhält.

Quelle: Geralt / Pixabay

Einer der Faktoren bei der Untersuchung des menschlichen Gehirns ist die Fähigkeit, Forschung an tatsächlich funktionierendem menschlichen Gehirngewebe durchzuführen. Infolgedessen werden viele wissenschaftliche Studien zu Nagetieren als Stellvertreter von Säugetieren durchgeführt. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass sich das Gehirn von Nagetieren in Aufbau und Funktion unterscheidet. Laut Johns Hopkins besteht das menschliche Gehirn strukturell aus etwa 30 Prozent Neuronen und 70 Prozent Glia, während das Mausgehirn das entgegengesetzte Verhältnis hat [1]. MIT-Forscher fanden heraus, dass Dendriten von menschlichen Neuronen elektrische Signale anders als Nager-Neuronen übertragen [2]. Eine innovative Alternative ist das Wachstum von menschlichem Hirngewebe mithilfe der Stammzellentechnologie.

Stammzellen sind nichtspezialisierte Zellen, aus denen differenzierte Zellen entstehen. Es ist eine relativ neue Entdeckung aus den 80er Jahren. Embryonale Stammzellen wurden erstmals 1981 von Sir Martin Evans von der Cardiff University, Großbritannien, entdeckt, dann von der University of Cambridge, einem Nobelpreisträger in der Medizin von 2007 [3].

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1998 wurden in einem Labor von James Thomson von der University of Wisconsin in Madison und von John Gearhart von der Johns Hopkins University in Baltimore isolierte humane embryonale Stammzellen gezüchtet [4].

Acht Jahre später entdeckte Shinya Yamanaka von der Kyoto-Universität in Japan eine Methode zur Umwandlung von Hautzellen von Mäusen in pluripotente Stammzellen, wobei vier Gene mit einem Virus eingeführt wurden [5]. Pluripotente Stammzellen können sich zu anderen Zelltypen entwickeln. Yamanaka gewann zusammen mit John B. Gurdon den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2012 für die Entdeckung, dass reife Zellen umprogrammiert werden können, um pluripotent zu werden [6]. Dieses Konzept wird als induzierte pluripotente Stammzellen oder iPSCs bezeichnet.

Im Jahr 2013 entwickelte ein europäisches Forscherteam unter der Leitung von Madeline Lancaster und Juergen Knoblich ein dreidimensionales (3D) -Zerebralorganoid aus humanen pluripotenten Stammzellen, die „bis zu vier Millimeter groß wurden und bis zu 10 Monate überleben können . [7]. ”Dies war ein großer Durchbruch, da frühere Neuronenmodelle in 2D kultiviert wurden.

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Vor kurzem, im Oktober 2018, baute ein Team von Wissenschaftlern aus Tufts ein 3D-Modell von menschlichem Hirngewebe auf, das mindestens neun Monate lang spontane neuronale Aktivität zeigte. Die Studie wurde im Oktober 2018 in ACS Biomaterials Science & Engineering, einer Zeitschrift der American Chemical Society [8], veröffentlicht.

Von der anfänglichen Entdeckung von Stammzellen in Mäusen bis hin zum Wachstum von 3D-Modellen für neuronale Netzwerke aus pluripotenten Stammzellen in weniger als 40 Jahren war der wissenschaftliche Fortschritt exponentiell. Diese 3D-Modelle des menschlichen Gehirns können die Forschung bei der Suche nach neuen Behandlungen für Alzheimer, Parkinson, Huntington, Muskeldystrophie, Epilepsie, Amyotrophe Lateralsklerose (auch als ALS oder Lou Gehrig-Krankheit bezeichnet) und viele andere Erkrankungen und Störungen des Gehirns vorantreiben. Die Werkzeuge, die die Neurowissenschaften für die Forschung einsetzen, entwickeln sich immer weiter und Stammzellen spielen eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung des Fortschritts zum Nutzen der Menschheit.

Copyright © 2018 Cami Rosso Alle Rechte vorbehalten.

Verweise

1. Hendricks, Melissa. “Das Mausmodell: Weniger als perfekt, immer noch von unschätzbarem Wert.” Johns Hopkins . Oktober 2010. Von https://www.hopkinsmedicine.org/institute_basic_biomedical_sciences/news_events/articles_and_stories/model_organisms/201010_mouse_model.html abgerufen

2. Rosso, Cami. “Warum zeigt das menschliche Gehirn eine höhere Intelligenz?” Psychologie heute. 19. Oktober 2018.

3. Cardiff University. “Sir Martin Evans, Nobelpreis für Medizin.” Abgerufen am 23. Oktober 2018 von http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans

4. Herzensansichten . „Stammzellen-Timeline.“ 2015 Apr-Jun. Abgerufen am 23.10.2013 von https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#

5. Scudellari, Megan. „Wie iPS-Zellen die Welt verändert haben.“ Natur . 15. Juni 2016.

6. Der Nobelpreis (2012-10-08). „Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2012 [ Pressemitteilung ]. Abgerufen 23. Oktober 2018 von https://www.nobelprize.org/preizes/medicine/2012/press-release/

7. Rojahn, Susan Young. „Wissenschaftler wachsen in 3D-Geweben des menschlichen Gehirns.“ MIT Technology Review . 28. August 2013.

1. Cantley, William L .; Du, Chuang; Lomoio, Selene; DePalma, Thomas; Peirent, Emily; Kleinknecht, Dominic; Hunter, Martin; Tang-Schomer, Min D .; Tesco, Giuseppina; Kaplan, David L. “Funktionelle und nachhaltige neuronale 3D-Netzwerkmodelle von Pluripotenten Stammzellen.” ACS Biomaterials Science & Engineering, eine Zeitschrift der American Chemical Society . 1. Oktober 2018.