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 Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen
29.05.2020 | Universität Heidelberg

nachricht Ein Hormon nach Pflanzenart
29.05.2020 | Universität Bielefeld

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: Neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren auf Basis innovativer DNA-Polymerasen entwickelt

Eine Forschungskooperation der Universität Konstanz unter Federführung von Professor Dr. Christof Hauck (Fachbereich Biologie) mit Beteiligung des Klinikum Konstanz, eines Konstanzer Diagnostiklabors und des Konstanzer Unternehmens myPOLS Biotec, einer Ausgründung aus der Arbeitsgruppe für Organische Chemie / Zelluläre Chemie der Universität Konstanz, hat ein neuartiges Covid-19-Schnelltestverfahren entwickelt. Dieser Test ermöglicht es, Ergebnisse in der Hälfte der Zeit zu ermitteln – im Vergleich zur klassischen Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR).

Die frühe Identifikation von Patienten, die mit dem neuartigen Coronavirus (SARS-CoV-2) infiziert sind, ist zentrale Voraussetzung bei der globalen Bewältigung...

Im Focus: Textilherstellung für Weltraumantennen startet in die Industrialisierungsphase

Im Rahmen des EU-Projekts LEA (Large European Antenna) hat das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Textile Faserkeramiken TFK in Münchberg gemeinsam mit den Unternehmen HPS GmbH und Iprotex GmbH & Co. KG ein reflektierendes Metallnetz für Weltraumantennen entwickelt, das ab August 2020 in die Produktion gehen wird.

Beim Stichwort Raumfahrt werden zunächst Assoziationen zu Forschungen auf Mond und Mars sowie zur Beobachtung ferner Galaxien geweckt. Für unseren Alltag sind...

Im Focus: Biotechnologie: Enzym setzt durch Licht neuartige Reaktion in Gang

In lebenden Zellen treiben Enzyme biochemische Stoffwechselprozesse an. Auch in der Biotechnologie sind sie als Katalysatoren gefragt, um zum Beispiel chemische Produkte wie Arzneimittel herzustellen. Forscher haben nun ein Enzym identifiziert, das durch die Beleuchtung mit blauem Licht katalytisch aktiv wird und eine Reaktion in Gang setzt, die in der Enzymatik bisher unbekannt war. Die Studie ist in „Nature Communications“ erschienen.

Enzyme – in jeder lebenden Zelle sind sie die zentralen Antreiber für biochemische Stoffwechselprozesse und machen dort Reaktionen möglich. Genau diese...

Im Focus: Biotechnology: Triggered by light, a novel way to switch on an enzyme

In living cells, enzymes drive biochemical metabolic processes enabling reactions to take place efficiently. It is this very ability which allows them to be used as catalysts in biotechnology, for example to create chemical products such as pharmaceutics. Researchers now identified an enzyme that, when illuminated with blue light, becomes catalytically active and initiates a reaction that was previously unknown in enzymatics. The study was published in "Nature Communications".

Enzymes: they are the central drivers for biochemical metabolic processes in every living cell, enabling reactions to take place efficiently. It is this very...

Im Focus: Innovative Sensornetze aus Satelliten

In Würzburg werden vier Kleinst-Satelliten auf ihren Start vorbereitet. Sie sollen sich in einer Formation bewegen und weltweit erstmals ihre dreidimensionale Anordnung im Orbit selbstständig kontrollieren.

Wenn ein Gegenstand wie der Planet Erde komplett ohne tote Winkel erfasst werden soll, muss man ihn aus verschiedenen Richtungen ansehen und die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gebäudewärme mit "grünem" Wasserstoff oder "grünem" Strom?

26.05.2020 | Veranstaltungen

Dresden Nexus Conference 2020 - Gleicher Termin, virtuelles Format, Anmeldung geöffnet

19.05.2020 | Veranstaltungen

Urban Transport Conference 2020 in digitaler Form

18.05.2020 | Veranstaltungen

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

Wie sich Nervenzellen zum Abruf einer Erinnerung gezielt reaktivieren lassen

29.05.2020 | Biowissenschaften Chemie

Wald im Wandel

29.05.2020 | Agrar- Forstwissenschaften

Schwarzer Stickstoff: Bayreuther Forscher entdecken neues Hochdruck-Material und lösen ein Rätsel des Periodensystems

29.05.2020 | Materialwissenschaften

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