// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Menschliche Gehirnzellen im Körper von Mäusen gezüchtet
Transplantierte menschliche Hirnorganoide können in speziell gezüchteten Mäusen fast die gesamte verbliebene Großhirnrinde ausfüllen und funktionelle Nervennetze bilden. Die menschlichen Zellen verbinden sich mit dem Nervensystem der Tiere bis ins Rückenmark und reagieren auf Sauerstoffmangel anders als Mausgewebe. Das Modell eröffnet neue Möglichkeiten für die Hirn- und Krankheitsforschung, bildet aber keinen vollständigen menschlichen Kortex nach.
Stanford (U.S.A.). Menschliches Hirngewebe lässt sich im Labor aus Stammzellen zu dreidimensionalen Organoiden züchten. Solche Modelle bilden wichtige Zelltypen und Entwicklungsschritte der Großhirnrinde nach, doch ihnen fehlen Blutversorgung, Körperreize und die Einbindung in ein vollständiges Nervensystem. Das begrenzt besonders Untersuchungen, die Schaltkreise und Verhalten verbinden sollen.
Schon frühere Transplantationen in Rattengehirne ließen menschliche Organoide stärker reifen und mit Wirtszellen verschalten. Dabei blieb jedoch wenig Platz, und das schneller reifende Nagetiergehirn konkurrierte mit den menschlichen Zellen um Verbindungen. Für großflächige menschliche Nervennetze brauchte es deshalb einen anderen Wirt.
Forscher der Stanford University um Prof. Sergiu P. Pașca haben nun Mäuse erzeugt, bei denen sich durch eine gezielte genetische Veränderung der größte Teil von Neokortex und Hippocampus nicht entwickelt. In den sogenannten apallialen Mäusen bleiben subkortikale Hirnstrukturen erhalten. Die Tiere sind lebensfähig, zeigen aber unter anderem feinmotorische und gedächtnisbezogene Unterschiede.
„Die beiden parallel wachsenden Systeme konkurrieren um Platz“, erklärt Prof. Sergiu P. Pașca.
Der freie Raum wurde in jungen Tieren mit vier menschlichen kortikalen Organoiden bestückt. Die Organoide waren bei der Transplantation 30 bis 60 Tage alt, die Mäuse fünf bis 17 Tage. Zwischen dem zweiten und dritten Monat wuchs das Transplantat im Mittel um den Faktor 4,7. Nach drei Monaten stammten 91,9 Prozent des kombinierten kortikalen Gewebevolumens aus den menschlichen Organoiden.
Die menschlichen Nervenzellen blieben nicht isoliert. Sie bildeten lange Fortsätze in verschiedene Teile des Mausgehirns und bis in das Halsmark. Kalziumaufnahmen und elektrophysiologische Messungen zeigten zudem organisierte Aktivitätsmuster, die an sich entwickelnde neuronale Netzwerke erinnern. In den Transplantaten entstanden verschiedene kortikale Zelltypen, darunter Projektionsneuronen der tiefen Hirnrindenschichten.
Besonders auffällig war eine Population tiefer Projektionsneuronen mit Merkmalen von von-Economo-Neuronen. Solche spezialisierten Zellen entstehen in gewöhnlichen Organoidkulturen kaum. Vollständig menschenähnlich ist die neue Hirnrinde trotzdem nicht.
„Diese Tiermodelle bieten eine einzigartige Möglichkeit zu untersuchen, wie sich krankheitsbedingte Veränderungen menschlicher Hirnschaltkreise in einem intakten Nervensystem zeigen“, erklärt Prof. Sergiu P. Pașca.
Bei der groben Fortbewegung unterschieden sich die Gruppen wenig. Bei feiner Koordination und spontanen Verhaltensmustern zeigten sich jedoch Unterschiede. Xenokortikale Mäuse lagen in mehreren Analysen zwischen Kontrolltieren und apallialen Mäusen. Ob die transplantierten menschlichen Neuronen für einzelne Verhaltensweisen notwendig oder ausreichend sind, lässt sich daraus nicht ableiten.