Menschliche Mini-Gehirne entwickeln Augen

Wissenschaftler lassen Sehnäpfe – Vorläuferstrukturen von Augen – aus Gehirn-Organoiden wachsen.

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(Bild: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf)

Von
  • Jo Schilling

Organoide aus menschlichen Zellen sind ein in der Wissenschaft zunehmend beliebtes Forschungsobjekt. An den nur wenige Millimeter kleinen Zellstrukturen, die sich im Labor wie menschliche Organe organisieren, können Forschende komplexe biologische Vorgänge untersuchen. Jay Gopalakrishnan von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf untersucht erbliche Augenerkrankungen. Dafür nutzt er Hirnorganoide, die er aus so genannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) wachsen lässt. Diese Stammzellen entstehen, indem ganz gewöhnliche Gewebezellen wieder in ihren embryonalen Universal-Status zurückgeführt werden.

Nun ist es seinem Team gelungen, die Hirnorganoide dazu zu bringen, zwei einfache Augenstrukturen zu bilden – so genannte Sehnäpfe. Diese Augenvorläufer entstehen beim Embryo normalerweise etwa in der fünften Entwicklungswoche und sind als dunkle Punkte auf dem Zellverband des Gehirns zu erkennen. Die Düsseldorfer brachten die gezüchteten Hirnorganoide dazu, die Sehnäpfe zu bilden, indem sie nach 20 Entwicklungstagen Retinsäure in die Kulturschale gaben, wie sie kürzlich im Fachmagazin Cell veröffentlicht haben. Retinsäure ist mit Vitamin-A verwandt und an der Augenentwicklung von Embryonen beteiligt.

Nach 30 Tagen bildeten sich so genannte optische Becher in den Minihirnen, die innerhalb von 50 Tagen zu sichtbaren augenähnlichen Strukturen heranreiften. Etwa ebenso lang dauert die Entwicklung der Netzhaut im menschlichen Embryo. Am Ende des Prozesses konnten die Forschenden eine einfache Linse, die Hornhaut, sowie ein feines durchsichtiges Gewebe, das die Vorderseite des Auges abdeckt, erkennen – und es bildete sich eine Netzhaut aus unterschiedlichen Zelltypen aus.

Diese nur Mikrometer kleine Netzhaut konnte sogar elektrisch aktive neuronale Netzwerke bilden, die auf Licht reagieren. Außerdem bildeten sich Neuronen, die aus den Sehnäpfen in die Gehirnstrukturen des Organoids hineinwuchsen.

Diese Entwicklung einfacher Augen gelang bei 72 Prozent der 314 gezüchteten Hirnorganoide. Dafür haben die Düsseldorfer Zellen von vier unterschiedlichen iPSC-Spendern verwendet. Ihr nächstes Ziel ist, die Organoide mit den Sehnäpfen über einen längeren Zeitraum am Leben zu erhalten – noch beginnen sie nach 80 Tagen zu zerfallen. Dann können die nur 0,2 Millimeter großen Kulturaugen ihre eigentliche Aufgabe erfüllen und dabei helfen, die Ursachen von Netzhauterkrankungen zu verstehen.

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(jsc)