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Mit Polymergerüst zu besseren Hirn-Organoiden

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„Gerichtete Selbstorganisation“ ist die Zauberformel, mit der Forscher aus Österreich Minimodelle von Gehirnen in der Petrischale aus Einzelzellen gezüchtet haben, die dem Denkorgan besser als je zuvor ähneln.

Mit Hilfe spezieller Polymer-Mikrofasern, die eine Art Gerüst für die heranwachsenden Nervenzellen bilden, werden die Gehirnmodelle dem menschlichen Original in Form und Struktur noch ähnlicher. Die Ende Mai im Fachmagazin Nature Biotechnology vorgestellte Methode birgt enormes Potential, um die komplexe Entwicklung des Großhirns und Fehler, die dabei passieren können, noch besser zu verstehen. Mit Organoiden kann man die menschliche Organentwicklung präzise studieren, neurologische Krankheiten gezielt erforschen, Medikamente direkt am menschlichen Gewebe testen und somit Tierversuche reduzieren.

„Wir haben die erstaunliche Fähigkeit der Stammzellen, sich selbst in Zellverbänden zu organisieren, mit einer formgebenden Struktur kombiniert. Dieses Gerüst aus Polymer-Fäden schwimmt im Nährmedium und wird von den Zellen bevölkert“, erklärt Madeline Lancaster, die Erstautorin der Studie. Während sich Organoide zuvor zu kleinen rundlichen Zellhaufen organisierten, wuchsen die biotechnologisch verstärkten Modelle zu länglichen, scheibenförmigen Gebilden heran, die dem embryonalen Gehirn im heranwachsenden Embryo noch stärker ähneln. Als „gerichtete Selbstorganisation“ bezeichnet die Forscherin diesen Vorgang. „Diese sogenannten humanen engineered Cortical Organoids oder enCORs sind in ihrer Entwicklung einheitlicher und lassen sich im Labor sehr gut reproduzieren, obwohl die für Organoide typische Selbstorganisation erhalten bleibt. Es ist das erste Mal, dass Gehirn-Organoide mit biotechnologischen Methoden kombiniert wurden“, ergänzt die Forscherin, die die Arbeiten im Labor von Jürgen Knoblich am Wiener IMBA (Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften) durchgeführt hat und mittlerweile am MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge ihre eigene Forschungsgruppe leitet.

„Die enCORs bieten den Nervenzellen mehr Oberfläche. Dadurch können wir das Verhalten der Zellen noch besser beobachten, etwa wie Nervenzellen in einem Teil des Gehirns gebildet werden, in ein anderes Areal wandern und wie sie schließlich ihren richtigen Platz finden. Wir können auch gezielt erforschen, was dabei schiefgehen kann“, so Knoblichs Fazit über die nächste Generation der Gehirn-Organoide.

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