Forschern ist es gelungen, Miniatur-Gehirnstrukturen, sogenannte kortikale Organoide, mit einem funktionierenden Netzwerk von Blutgefäßen zu konstruieren, das denen eines sich entwickelnden menschlichen Gehirns sehr ähnlich ist. Dieser Durchbruch behebt eine kritische Einschränkung früherer im Labor gezüchteter „Mini-Gehirne“ – ihre Tendenz, nach einigen Monaten aufgrund von Nährstoffmangel abzusterben. Die neuen Organoide, die von Ethan Winkler und seinem Team an der University of California in San Francisco entwickelt wurden, zeigen ein Gefäßsystem mit hohlen Zentren (Lumen), die mit natürlichen Blutgefäßen vergleichbar sind, und stellen einen bedeutenden Schritt hin zu realistischeren und langlebigeren Gehirnmodellen dar.
Das Problem mit Mini-Gehirnen
Gehirnorganoide, die erstmals 2013 entwickelt wurden, haben sich zu wertvollen Werkzeugen für die Untersuchung neurologischer Erkrankungen wie Autismus, Schizophrenie und Demenz entwickelt. Ihre begrenzte Lebensdauer hat jedoch eine tiefergehende Forschung behindert. Ausgewachsene Gehirne sind auf komplexe Blutgefäßnetzwerke angewiesen, um Sauerstoff und Nährstoffe zu liefern, während Organoiden zuvor diese lebenswichtige Infrastruktur fehlte. Ohne eine ordnungsgemäße Zirkulation würden die Zellen im Kern dieser Strukturen schnell verhungern.
Ein neuer Ansatz zur Vaskularisierung
Winklers Team ging dieses Problem an, indem es kortikale Organoide (die die Großhirnrinde nachbildeten) neben separaten Blutgefäß-Organoiden züchtete. Anschließend fügten sie beide zusammen und ermöglichten so, dass sich die Gefäßnetzwerke über einen Zeitraum von Wochen gleichmäßig im Miniaturgehirn ausbreiten konnten. Die resultierenden Strukturen zeigten bemerkenswerte Ähnlichkeit mit echten Gehirngefäßen, einschließlich hohler Lumen – ein Detail, das in früheren Versuchen fehlte.
Warum das wichtig ist
Die verbesserte Vaskularisierung bietet mehrere Vorteile:
- Verbessertes Überleben: Eine bessere Nährstoffversorgung sollte die Lebensdauer der Organoide verlängern und längerfristige Studien ermöglichen.
- Realistische Modellierung: Das Vorhandensein funktionsfähiger Blutgefäße ermöglicht eine genauere Nachbildung der Blut-Hirn-Schranke, einem entscheidenden Schutzmechanismus.
- Fortgeschrittene Forschung: Diese Organoide könnten Studien zur Gehirnentwicklung, Krankheitsmodellierung und Arzneimitteltests beschleunigen.
Zukünftige Herausforderungen bleiben bestehen
Obwohl dies ein großer Fortschritt ist, bleibt die vollständige Nachbildung des Kreislaufsystems des Gehirns ein weit entferntes Ziel. Dem aktuellen System fehlt der aktive Pumpmechanismus eines Herzens, um einen kontinuierlichen, gerichteten Blutfluss sicherzustellen. Forscher müssen noch Wege finden, die dynamische Zirkulation zu simulieren, die die Funktion echter Gehirne aufrechterhält.
Trotzdem bezeichnet Madeline Lancaster von der Universität Cambridge das Gefäßnetzwerk mit Lumen als „beeindruckend“ und „einen großen Schritt“.
Die Schaffung dieser stark vaskularisierten Gehirnorganoide bringt Forscher der Entwicklung komplexerer, langlebigerer Modelle zum Verständnis und zur Behandlung neurologischer Erkrankungen einen Schritt näher.
