Menschliche Mini-Gehirne in Tiergehirne verpflanzt

Von Wissenschaftlern des UCLA Broad Stem Cell Research Center mit einer verbesserten Methode entwickeltes zerebrales Organoid, das geschichtetes neuronales Gewebe und verschiedene Gruppen neuronaler Stammzellen (blau, rot, magenta) zeigt, aus denen sich Nervenzellen (grün) bilden. Bild: UCLA Broad Stem Cell Research Center/Cell Reports

Im Labor aus induzierten pluripotenten Stammzellen gezüchtete "zerebrale Organoide" verbanden sich mit den Tiergehirnen. Gibt es hier ethische Probleme?

Vor vier Jahren berichteten Wissenschaftler um den Molekularbiologen Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie, dass sie menschliche Minigehirne entwickelt haben. Diese zerebralen Organoide, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) entstehen und unterschiedliche Hirnareale bilden können, leben in Nährlösungen und haben als dreidimensionale Zellhaufen gerade einmal einen Durchmesser von 4 Millimetern.

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Hintergrund der Forschung ist, damit ein In-vitro-Modell der Gehirnentwicklung zur Verfügung zu haben, an dem sich Erkrankungen studieren, Fehlbildungen erklären und Therapien erkunden lassen. Gerade in der Medikamentenforschung, beispielsweise gegen den Zika-Virus, wird viel mit In-Vitro-Modellen von Organen oder physiologischen Systemen gearbeitet. Versuche an Tieren, so genannte Tiermodelle von Schädigungen oder Erkrankungen des menschlichen Gehirns, reichen dafür oft nicht aus. Zudem sind zerbebrale Organoide im Prinzip auch eine Möglichkeit, auf Tierversuche zu verzichten.

Aus normalen Körperzellen können die iPS-Zellen generiert und zu neuronalen Stammzellen und Nervenzellen differenziert werden. Mit der neuen Methode der CRISPR/Cas9-Genschere kann auch gezielt in die Gene der Minigehirne eingegriffen werden, um deren Rolle etwa bei der Entwicklung zu untersuchen.

Wissenschaftler vom Broad Stem Cell Research Center an der UCLA haben gerade neue Methoden zur Erzeugung dem wirklichen menschlichen Gehirngewebe besser gleichender Organoide beschrieben. Ihre Anatomie gleiche dem menschlichen Kortex, in ihnen gebe es alle im Kortex vorkommenden verschiedenartigen Zelltypen. Zudem zeigten sie elektrische Aktivitäten und Netzwerkfunktionen, aus denen man schließen kann, dass ihre Zellen ähnlich wie die neuronalen Netzwerken in den menschlichen Gehirnen kommunizieren. Die mit der neuen Methode erzeugten Organoide würden auch Schichten wie im wirklichen Gehirn ausbilden und länger leben.

Wissenschaftler haben aber nun die menschlichen Minigehirne wieder in Ratten und Mäusegehirne transplantiert und dort mit den Adern verbunden, wie Statnews.com berichten. Es gibt zwar ein Moratorium, so dass die National Institutes of Health (NIH) keine Forschung fördern, bei der menschliche Stammzellen in Embryonen nichtmenschlicher Wirbeltiere verpflanzt werden, ein Verbot ist dies freilich nicht. Auf zerebrale Organoide erstreckt sich das Moratorium sowieso nicht.

So hat das Team von Fred Gage vom Salk Institute menschliche zerebrale Organoide in ausgewachsene Mäusegehirne eingepflanzt, in denen sie bis zu zwei Monate überlebt haben sollen. Das soll aus den Abstracts von zwei Papieren hervorgehen, die auf der Jahresversammlung der Society for Neuroscience vorgestellt werden. Die Organoiden haben sich mit dem Blutsystem zur Versorgung verbunden, zudem haben menschliche Neuronen Axone ausgebildet, die in "viele Areale des Wirtsgehirns der Maus" hineinreichten. Gage wollte Statnews.com nichts Näheres sagen, angeblich weil man die Studie bei einer Fachzeitschrift eingereicht habe. Es ist also nicht klar, wie viele menschliche Minigehirne eingepflanzt wurden und auch nicht, ob sich dadurch das Verhalten der Mäuse verändert hat.

Wissenschaftler um den Neurochirurgen Isaac Chen von der University of Pennsylvania haben in einem anderen Versuch menschliche Minigehirne in den sekundären visuellen Kortex in den Gehirnen von 11 ausgewachsenen Ratten eingepflanzt. Die 2 mm großen Organoide sollen mindestens zwei Monate überlebt haben, sagte Chen, und viele Axone in das Rattengehirn gebildet habe. Manche bis zu 1,5 mm lang, die in den Corpus callosum, das die beiden Gehirnhälften verbindet, hingewachsen sind. Angeblich haben auch Zellen der Organoiden gefeuert, wenn die Wissenschaftler Licht auf die Augen der Ratten scheinen ließen oder direkt visuelle Areale simulierten. Daraus schließen sie, dass die Minigehirne funktional in die Rattengehirne eigewachsen sind.

Ziel der Forschung ist es u.a., mit dem Einbringen solcher Organoide in menschliche Gehirne Gehirnschädigungen oder Krankheiten wie Parkinson behandeln bzw. reparieren zu können. Er hofft, wenn man Gewebe wie die zerebralen Organoiden einpflanzt, die strukturiert und elektrisch aktiv sind, würde sich diese auch besser in die "existierende Struktur und die Schaltkreise" integrieren lassen.

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Die Forschung ist auch deswegen interessant, ob sich das Verhalten der Tiere ändert, wenn nicht nur ein paar, sondern hunderte oder tausende menschliche Organoide in noch sich entwickelnde Gehirne eingepflanzt werden. Durch Verpflanzung von menschlichen Progenitor-Gliazellen in Gehirne neugeborener Mäuse war bereits gezeigt worden, dass sie vermutlich wegen der chimärischen Zellen besser lernen.

Dass Tiere damit komplexeres menschliches Verhalten zeigen könnten, ist bei den kleinen Mäuse- oder Rattengehirne nicht vorstellbar, bei Primaten wäre dies schon anders. Aber die Frage muss man sich hier auch stellen, ab wann man auf diese Art zerebrale Mensch-Tier-Hybride oder Mischwesen herstellen würde, die nicht mehr eindeutig Tiere, aber auch noch nicht Menschen wäre. So meinte etwa der Bioethiker Jonathan Kimmelman von McGill University in Montreal, man müsse bei solchen Experimenten sorgfältig beobachten, welche Veränderungen sich ergeben. Wenn ein "erhöhtes Empfinden oder erhöhte mentale Fähigkeiten" entstünden, könnten die Versuchstiere mehr leiden. Man müsste wohl sagen, vielleicht noch mehr leiden.

Das Team um Jürgen Knoblich arbeitet daran, größere Organoide durch deren Zusammenführung zu bilden. Erste Erfolge wurden bereits erzielt. Damit könnte es auch möglich werden, größere Gehirnteile aus menschlichen Nerven- oder Gliazellen in Tiergehirne zu verpflanzen. Knoblich hat sich auch zur Ethik der Forschung mit Orgnaoiden geäußert. Andererseits könnten auch größere Organoide erst einmal ohne Implantation in Gehirne herangezüchtet werden, die bereits von Adern durchzogen sind. Hieran forscht das von George M. Church geleitete Laboratorium an der Harvard University.

Der deutsche Ethikrat sagte dazu in einer Stellungnahme: "Für eine Aussage darüber, ob einem Wesen Grundrechtsschutz zukommt oder ob es unter den Tierschutz fällt, muss also eine Einordnung als 'Mensch' oder 'Tier' erfolgen. Nach welchen Kriterien dies zu geschehen hat, dazu gibt die Verfassung keine Hinweise." Und er empfiehlt ein Verbot "für die Einfügung hirnspezifischer menschlicher Zellen speziell in das Gehirn von Menschenaffen".

Die National Institutes of Health kündigten letztes Jahr das Vorhaben an, das Moratorium aufzuheben, nachdem die Finanzierung der Schaffung von Mischwesen durch die Einpflanzung von menschlichen Stammzellen in tierische Embryonen verboten ist. Unklar ist, ob unter Trump der Plan umgesetzt wird, der lediglich vorsehen würde, dass das Einsetzen von menschlichen Stammzellen in Primatenembryonen nicht finanziert werden darf, aber ansonsten die Forschung weithin freigeben würde. (Florian Rötzer)

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