Mäuse mit menschlichen Gehirnzellen erschaffen, um neurodegenerative Erkrankungen zu untersuchen. )

Forscher haben Labor­tiere entwickelt, denen fast der gesamte Großhirnrinde fehlt, und diese freien Bereiche stattdessen mit menschlichen Gehirnzellen gefüllt. Diese lebenden Modelle werden verwendet, um Krankheiten zu untersuchen, die Nervengewebe zerstören, so ein Bericht in Nature.

Forscher nutzen Gentechnik, um Mäuse zu erschaffen, denen der größte Teil ihrer äußeren Gehirnschicht fehlt. Sie implantieren dann Zellhaufen von im Labor gezüchteten menschlichen Neuronen in diese Tiere und verbinden damit deutlich mehr menschliche Zellen, als es frühere Versuche ermöglichten. Das Ergebnis ist eine Maus, die einen humanisierten Cortex-Bereich trägt, und die Fachwelt fragt sich nun, was als Nächstes kommt.

Freiräume für menschliche Neuronen schaffen

Die menschlichen Gehirnzellen benötigen mindestens 20-mal so lange für ihre Entwicklung als Maus­zellen. Frühere Versuche zeigten, dass Maus­zellen ein Netzwerk schnell aufbauten, während menschliche Zellen zurückblieben und nicht mit­halten konnten. Bis die menschlichen Zellen schließlich einige Millimeter erreicht hatten, hatten die Maus­zellen bereits die meisten ihrer Verbindungen gebildet und die Gehirnentwicklung war abgeschlossen.

Pașca sagt, die neue Methode löse dieses Problem, indem bestimmte Regionen aus dem Maus­gehirn entfernt würden. „Wir dachten, wir könnten den menschlichen Zellen mehr Möglichkeiten bieten, sich zu vernetzen, indem wir Teile des Nervensystems der Maus auf sehr präzise und sehr saubere Weise entfernen“, so der Forscher. Die Forscher entdeckten, dass die Nagetiere auch nach dem Verlust von etwa der Hälfte ihres Gehirnvolumens erstaunlich leistungsfähig blieben. Sie bewegten sich gut, hatten aber Probleme mit Gedächtnistests.

Eine menschlichere Labor­maus

Ein schneller chirurgischer Eingriff ermöglichte die Insertion kleiner Zellhaufen von menschlichen Neuronen in die leeren Maus­gehirne. Die Zellen begannen innerhalb weniger Tage zu sich teilen und zu expandieren. Über Wochen bis Monate wuchsen sie, wurden vaskularisiert und nahmen den Platz ein, der zuvor dort war.

Die Tiere, deren Gehirne mit menschlichen Neuronen geschwollen waren, schnitten bei Gedächtnistests und sozialen Aktivitäten besser ab als die Kontrollgruppe, bei der die eigenen Neuronen entfernt worden waren. Ein Großteil dessen, was in den entleerten Mäusen fehlte, schien bei denen zurückzukehren, die menschliche Cortex­zellen trugen, so Pașca.

Menschliche und nicht-menschliche Mäuse zeigten deutliche Unterschiede bei Tests. Als ihre Gehirne vom Sauerstoff abgeschnitten wurden, hatten die menschlichen Mäuse Schwierigkeiten beim Gehen. Normale Mäuse können unter sauerstoffarmen Bedingungen deutlich besser überleben. Laut Pașca deutet diese menschenähnliche Reaktion darauf hin, dass die veränderten Mäuse möglicherweise als verbesserte Modelle für Hirnstörungen im Zusammenhang mit Sauerstoffmangel dienen könnten, darunter Zerebralparese, geistige Behinderung und epileptische Enzephalopathien.

Was das Modell noch nicht kann

Die resultierenden Mäuse mangeln dennoch an anderen wichtigen Arten von Gehirnzellen, die die Forscher absichtlich nicht hinzugefügt haben. Ihre menschlichen Neuronen bilden keine typische äußere Gehirnrinde. „Die Rinde ist normalerweise wunderschön in Schichten organisiert. Aber hier, wenn wir die Zellen hineinlegen, wissen sie nicht, wo oben und unten wirklich ist“, sagt Pașca. „Sie scheitern daran, sich im größeren Maßstab zu organisieren.“

Das Modell eignet sich am besten für bestimmte Krankheiten, die in der frühen menschlichen Entwicklung beginnen, aufgrund des menschlichen Entwicklungsverlaufs der implantierten Neuronen. „Es stellt sich heraus, dass das Timing der Entwicklung gut konserviert ist…auch wenn wir sie in ein Tier einsetzen, das schneller entwickelt“, sagt er.

Ethiker fragen: Was kommt als Nächstes? )

Der führende Autor der Studie von NPR sagte, die Arbeit sei mit strenger Aufsicht vorangegangen und trage zur Erweiterung des wissenschaftlichen Wissens bei. Unabhängige Experten stimmen zu, dass die Technologie leistungsstark ist, stellen aber Fragen zu ihrer potenziellen Richtung. )

„Es ist wirklich eine leistungsstarke Technologie, um menschliche Neuronen und die Bildung menschlicher Gehirnkreisläufe in einer natürlicheren Umgebung als einer Petrischale zu untersuchen“, sagt Hongkui Zeng, Executive Vice President und Direktor der Brain Science am Allen Institute in Seattle, Washington, die nicht an der Studie beteiligt war. Sie fügte hinzu, dass „in Zukunft einige Überlegungen, wenn nicht gar Bedenken“ bestehen würden, wie beispielsweise die Auswirkungen des Einsatzes dieser Technik in größeren und länger lebenden Tieren. )

Nita Farahany, eine Professorin für Rechts- und Philosophie an der Duke Law, arbeitete als Beraterin an dem Projekt. Sie sagt, einige der Einschränkungen des Modells rühren von bewussten ethischen Entscheidungen her, die die Forscher getroffen haben. )

„Hoffentlich wird es unglaublich wirksam sein, um Fragen von Krankheiten anzugehen und Therapien zu entwickeln.“ )

Die Ermittler machen deutlich, dass es sich dabei nicht um einen vollständigen Gehirntransfer handelt. Sie entnahmen etwa 14 Millionen Nervenzellen der Maus und fügten etwa 4 Millionen laborgezüchtete menschliche Nervenzellen der äußeren Schicht hinzu. Die menschlichen Nervenzellen entwickeln sich nicht zu einem standardmäßigen Außenhirn, und das Design eignet sich am besten für Bedingungen, die während des frühen menschlichen Wachstums beginnen.

Rascher Fortschritt kennzeichnet dieses Feld, und mit jedem Fortschritt kommt eine neue Anfrage. Derzeit dienen die lebenden Modelle selbst als Demonstration: Kreaturen, die gehen, sich erinnern und auf Sauerstoffmangel auf eine Weise reagieren, die menschlichen Gehirnbedingungen entspricht.