Einem Forscherteam um Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie (<a href=http://de.imba.oeaw.ac.at>IMBA</a>) in Wien ist es gelungen, die frühen Stadien der menschlichen Gehirnentwicklung in einem speziell entwickelten dreidimensionalen Organkultursystem nachzubilden.

Die Wissenschaftler nutzten zu diesem Zweck sowohl embryonale Stammzellen als auch induzierte pluripotente Stammzellen aus Patientengewebe, die in der Lage sind, die unterschiedlichen Zelltypen des Gehirns auszuformen. Durch ein spezielles Kulturverfahren gelang es, die frühen Entwicklungsstadien des Großhirns und des Hippokampus nachzubilden. Dabei zeigte sich, dass die Entwicklung der Zellen in Kultur überraschend präzise der Organisation des embryonalen Gehirns gleicht.

Tiermodelle stoßen an ihre Grenzen

Die Ausbildung des menschlichen Gehirns während der Embryonalentwicklung unterscheidet sich stark von analogen Vorgängen bei Tieren und lässt sich dadurch nur schwer in Tiermodellen studieren. Das von Knoblich und seinen Mitarbeitern erstellte dreidimensionale Organkultursystem kann hier eine Lücke schließen – zumal induzierte pluripotente Stammzellen auch aus Zellen von Patienten mit Gendefekten erzeugt werden können und daher der Einfluss von Erbkrankheiten auf die Gehirnentwicklung beobachtbar wird.

Im Vordergrund stehen dabei vor allem sogenannte Mikrozephalien – Erkrankungen, die in der Regel mit geistigen Behinderungen aufgrund eines deutlich zu kleinen Gehirns einhergehen. Auch hier stößt man bei der Untersuchung im Mausmodell an Grenzen, weil die analogen Gendefekte bei der Maus nicht zu denselben Krankheitsbildern wie beim Menschen führen. Mit Hilfe des neu entwickelten Organsystems konnten Mikrozephalien aus menschlichen Stammzellen erfolgreich in der Kultur nachgestellt werden. Nun will man diesen Ansatz auch auf andere entwicklungsbiologische Störungen des Gehirns, wie sie beispielweise im Zusammenhang mit Autismus oder Schizophrenie auftreten, übertragen.