Forscher spielen Gehirnentwicklung nach

3D-Organoide zeigen, wie sich Großhirnrinde ausbildet

In einer im EMBO Journal veröffentlichten Publikation konnte ein Forscherteam unter der Leitung von Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) in Wien zeigen, wie sich in der embryonalen Entwicklung des Gehirns bestimmte Regionen, etwa die Großhirnrinde, ausbilden.

Artwork by Beata Edyta Mierzwa, Institute of Molecular Biotechnology of the Austrian Academy of Sciences (IMBA), Vienna Biocenter (VBC), Vienna, Austria; BeataScienceArt.com
Die künstlerische Darstellung zeigt die Selbstorganisation verschiedener Regionen in Gehirn-Organoiden, ausgehend von organisierenden Zentren.

Die Wissenschaftler verwendeten zu diesem Zweck sogenannte Organoide – im Labor aus Stammzellen erzeugte Strukturen, die dem embryonalen Gehirn erstaunlich ähneln. Anhand dieser Strukturen konnte nachvollzogen werden, wie im Zuge der Gehirnentwicklung zunächst die Selbstorganisation zu bestimmten Zentren erfolgt, die wiederum die Ausbildung der verschiedenen Hirnregionen lenken. Die Differenzierung der Zellen wird dabei durch chemische Signale gesteuert: Je nachdem, zu welchem Zeitpunkt sich die Zellen bilden, spezialisieren sie sich zu Neuronen oder Gliazellen, die im Gehirn Stützfunktionen erfüllen sowie der elektrischen Isolation und Homöostase dienen.

 

Zentren steuern Entwicklung von Gehirnregionen

Beispielsweise konnten in den Organoiden sogenannte Vorderhirnzentren lokalisiert werden, die sich an zwei Stellen – dorsal und ventral –gegenüberliegen. Diese Zentren lenken wiederum die Organisation von Zellen der wachsenden Großhirnrinde.

Die Methodik,  dreidimensionale Gehirnmodelle („Organoide“) aus Stammzellen zu erzeugen, wurde bereits 2013 von Knoblichs Team am IMBA entwickelt. Sie ermöglicht, neben der Untersuchung der Gehirnentwicklung im Zuge der Embyrogenese  auch neurologische Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, oder Schizophrenie am menschlichen Gewebe zu studieren.