Wie die Innovation von Stammzellen die neurowissenschaftliche Forschung vorangetrieben hat

Einer der entscheidenden Faktoren bei der Untersuchung des menschlichen Gehirns ist die Fähigkeit, Untersuchungen zum tatsächlich funktionierenden menschlichen Gehirngewebe durchzuführen. Infolgedessen werden viele wissenschaftliche Studien an Nagetieren als Säugetier-Proxy durchgeführt. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass sich das Gehirn von Nagetieren in Struktur und Funktion unterscheidet. Laut Johns Hopkins besteht das menschliche Gehirn strukturell zu etwa 30 Prozent aus Neuronen und zu 70 Prozent aus Glia, während das Gehirn der Maus das entgegengesetzte Verhältnis aufweist [1]. MIT-Forscher entdeckten, dass Dendriten menschlicher Neuronen elektrische Signale anders übertragen als Nagetierneuronen [2]. Eine innovative Alternative ist das Wachstum von menschlichem Gehirngewebe mithilfe der Stammzellentechnologie.

Stammzellen sind nicht spezialisierte Zellen, aus denen differenzierte Zellen entstehen. Es ist eine relativ junge Entdeckung aus den 80er Jahren. Embryonale Stammzellen wurden erstmals 1981 von Sir Martin Evans von der Cardiff University in Großbritannien und dann von der University of Cambridge, einem Nobelpreisträger für Medizin 2007, entdeckt [3].

1998 wurden isolierte humane embryonale Stammzellen in einem Labor von James Thomson von der University of Wisconsin in Madison und John Gearhart von der Johns Hopkins University in Baltimore gezüchtet [4].

Acht Jahre später entdeckte Shinya Yamanaka von der Universität Kyoto in Japan eine Methode, um Hautzellen von Mäusen mithilfe eines Virus in pluripotente Stammzellen umzuwandeln, um vier Gene einzuführen [5]. Pluripotente Stammzellen können sich zu anderen Zelltypen entwickeln. Yamanaka gewann zusammen mit John B. Gurdon den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2012 für die Entdeckung, dass reife Zellen so umprogrammiert werden können, dass sie pluripotent werden [6]. Dieses Konzept ist als induzierte pluripotente Stammzellen oder iPSCs bekannt.

2013 entwickelte ein europäisches Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Madeline Lancaster und Jürgen Knoblich ein dreidimensionales (3D) zerebrales Organoid unter Verwendung menschlicher pluripotenter Stammzellen, das „bis zu vier Millimeter groß wurde und bis zu 10 Monate überleben konnte . [7]. " Dies war ein großer Durchbruch, da frühere Neuronenmodelle in 2D kultiviert wurden.

In jüngerer Zeit, im Oktober 2018, hat ein Team von von Tufts geleiteten Wissenschaftlern ein 3D-Modell des menschlichen Gehirngewebes entwickelt, das mindestens neun Monate lang spontane neuronale Aktivität aufwies. Die Studie wurde im Oktober 2018 in veröffentlicht ACS Biomaterials Science & Engineering, eine Zeitschrift der American Chemical Society [8].

Von der ersten Entdeckung von Stammzellen in Mäusen bis hin zu wachsenden 3D-Modellen menschlicher neuronaler Netze aus pluripotenten Stammzellen in weniger als 40 Jahren war das Tempo des wissenschaftlichen Fortschritts exponentiell. Diese 3D-Modelle des menschlichen Gehirngewebes können dazu beitragen, die Forschung bei der Entdeckung neuer Therapien für Alzheimer, Parkinson, Huntington, Muskeldystrophie, Epilepsie, Amyotrophe Lateralsklerose (auch bekannt als ALS oder Lou Gehrig-Krankheit) und viele andere Erkrankungen und Störungen des Gehirns voranzutreiben. Die Werkzeuge, die die Neurowissenschaften für die Forschung verwenden, entwickeln sich immer weiter, und Stammzellen spielen eine wichtige Rolle bei der Beschleunigung des Fortschritts zum Wohle der Menschheit.

Copyright © 2018 Cami Rosso Alle Rechte vorbehalten.

2. Rosso, Cami. "Warum zeigt das menschliche Gehirn eine höhere Intelligenz?" Psychologie heute. 19. Oktober 2018.

3. Cardiff University. "Sir Martin Evans, Nobelpreis für Medizin." Abgerufen am 23. Oktober 2018 von http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans

4. Herzansichten. "Stammzellen-Zeitleiste." 2015 Apr-Jun. Abgerufen am 23.10.2008 von https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#

5. Scudellari, Megan. "Wie iPS-Zellen die Welt verändert haben." Natur. 15. Juni 2016.

6. Der Nobelpreis (08.10.2012). „Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2012 [Pressemitteilung]. Abgerufen am 23. Oktober 2018 von https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/press-release/

7. Rojahn, Susan Young. "Wissenschaftler züchten 3-D-Gewebe des menschlichen Gehirns." MIT Technology Review. 28. August 2013.

1. Cantley, William L.; Du, Chuang; Lomoio, Selene; DePalma, Thomas; Peirent, Emily; Kleinknecht, Dominic; Hunter, Martin; Tang-Schomer, Min D.; Tesco, Giuseppina; Kaplan, David L. ” Funktionelle und nachhaltige 3D-Modelle menschlicher neuronaler Netze aus pluripotenten Stammzellen. “ACS Biomaterials Science & Engineering, eine Zeitschrift der American Chemical Society. 1. Oktober 2018.