Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gehirngewebe aus der Versuchsschale

18.04.2017

Das komplexeste Organ des Menschen ist sein Gehirn. Aufgrund dieser Komplexität und aus ethischen Gründen ist es für wissenschaftliche Untersuchungen schlecht zugänglich – beispielsweise zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson. Wissenschaftlern des Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) der Universität Luxemburg ist es jetzt ausgehend von menschlichen Stammzellen aus Hautproben gelungen, kleine, dreidimensionale hirnartige Kulturen zu erzeugen, die sich sehr ähnlich wie das menschliche Mittelhirn verhalten.

In den Versuchsschalen der Forscher bilden sich unterschiedliche Zelltypen, die sich miteinander vernetzen, Signale austauschen und typische Stoffwechselprodukte des aktiven Gehirns herstellen. „Unsere Zellkulturen öffnen der Hirnforschung neue Wege“, sagt Prof. Dr. Jens Schwamborn, in dessen LCSB-Forschungsgruppe Developmental & Cellular Biology die Forschungsarbeiten durchgeführt wurden: „Wir können an ihnen sehr gut untersuchen, was die Ursachen von Parkinson sind und wie sich die Krankheit möglicherweise wirksam behandeln lässt.“ Seine Ergebnisse veröffentlicht das Team heute in dem renommierten Fachjournal „Stem Cell Reports“ (DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.03.010).


Wissenschaftlern der Universität Luxemburg ist es gelungen, ausgehend von menschlichen Stammzellen aus Hautproben, dreidimensionale hirnartige Kulturen zu erzeugen.

© ScienceRelations/ University of Luxembourg

Für Parkinson-Forscher ist das menschliche Mittelhirn von besonderem Interesse: Es ist der Sitz einer Gewebestruktur, die Mediziner als Substantia nigra bezeichnen. Hier produzieren Nervenzellen – die dopaminergen Neuronen – den Botenstoff Dopamin. Dopamin ist für reibungslose Bewegungsabläufe erforderlich. Sterben die dopaminergen Neuronen ab, kommt es bei den betroffenen Menschen zu Zittern und Muskelsteifigkeit, den typischen Symptomen der Parkinson-Krankheit. Forscher können die Zellen der Substantia nigra aus ethischen Gründen nicht zur Untersuchung dem Gehirn entnehmen. Weltweit arbeiten deshalb Forschergruppen daran, dreidimensionale Strukturen des Mittelhirns in Versuchsschalen zu züchten. So auch das LCSB-Team um den Stammzellforscher Jens Schwamborn.

Die LCSB-Wissenschaftler haben dabei mit so genannten induzierten pluripotenten Stammzellen gearbeitet, also Stammzellen, die zwar keinen kompletten Organismus bilden, aber in alle Zelltypen des menschlichen Körpers umgewandt werden können. Die Prozeduren, die für die Umwandlung der Stammzellen in Gehirnzellen nötig sind, hat Anna Monzel im Rahmen ihrer Doktorarbeit entwickelt, die sie in Schwamborns Gruppe anfertigt: „Ich musste einen speziellen und genau definierten Cocktail an Wachstumsstoffen und ein bestimmtes Behandlungsverfahren für die Stammzellen entwickeln, damit sie sich in die gewünschte Richtung ausdifferenzieren“, beschreibt Monzel ihr Vorgehen. Dabei konnte sie auf umfangreiche Vorarbeiten zurückgreifen, die Schwamborns Team in den vergangenen Jahren geleistet hat. Anschließend vermehrten sich die pluripotenten Stammzellen in Versuchsgefäßen und breiteten sich auf einer dreidimensionalen Stützstruktur aus – gewebeartige Zellkulturen entstanden.

„Unsere anschließende Untersuchung der künstlichen Gewebeproben ergab, dass sich verschiedene Zelltypen herausdifferenziert haben, wie sie charakteristisch für das Mittelhirn sind“, sagt Jens Schwamborn: „Die Zellen können Signale weiterleiten und verarbeiten. Auch dopaminerge Zellen konnten wir nachweisen – so wie im Mittelhirn.“ Diese Tatsache macht die Ergebnisse der LCSB-Wissenschaftler ausgesprochen interessant für Parkinson-Forscher weltweit, wie Schwamborn betont: „An unseren neuen Zellkulturen können wir die Mechanismen, die zu Parkinson führen, viel besser untersuchen, als das bisher möglich war. Wir können testen, welche Wirkung Umwelteinflüsse wie beispielsweise Schadstoffe auf die Entstehung der Krankheit haben, ob es neue Wirkstoffe gibt, die die Symptome von Parkinson möglicherweise lindern – oder ob sie die Krankheit sogar ursächlich heilen. Solche Untersuchungen werden wir als nächstes durchführen.“

Die Entwicklung der gehirnähnlichen Gewebekulturen bietet aber nicht nur Raum für neue Forschungsansätze. Sie kann auch helfen, die Zahl von Tierversuchen in der Gehirnforschung zu reduzieren: Die Zellkulturen in den Versuchsschalen sind menschlichen Ursprungs und ähneln deshalb in einigen Eigenschaften menschlichen Gehirnen mehr als dies bei Gehirnen von Versuchstieren wie etwa Mäusen oder Ratten der Fall ist. An ihnen lassen sich die Strukturen menschlicher Gehirne und ihre Funktionsweise deshalb anders abbilden, als das bisher mit Tieren möglich war. „Außerdem stecken in unserem Ansatz auch interessante wirtschaftliche Chancen“, erklärt Jens Schwamborn: „Die Herstellung der Gewebekulturen ist sehr aufwändig. Wir werden im Rahmen unserer Ausgründung Braingineering Technologies S.a.r.l. Technologien entwickeln, mit denen wir die Kulturen auch anderen Laboren oder der Pharmaindustrie für ihre Forschung gegen Entgelt zur Verfügung stellen.“

Video: https://www.youtube.com/watch?v=drOWKyTL0K8

Thomas Klein | Universität Luxemburg - Université du Luxembourg
Weitere Informationen:
http://www.uni.lu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Eine Frage der Dynamik
19.02.2018 | Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)

nachricht Forscherteam deckt die entscheidende Rolle des Enzyms PP5 bei Herzinsuffizienz auf
19.02.2018 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

Von Bitcoins bis zur Genomchirurgie

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zukunft wird gedruckt

19.02.2018 | Architektur Bauwesen

Fraunhofer HHI präsentiert neueste VR- und 5G-Technologien auf dem Mobile World Congress

19.02.2018 | Messenachrichten

Stabile Gashydrate lösen Hangrutschung aus

19.02.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics