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Veröffentlicht: 30. Juli 2025

Neue Technik verbessert die Funktion menschlicher Gehirnorganoide

Ein US-amerikanisches Forschungsteam hat eine neuartige revolutionäre Methode entwickelt, mit der menschliche Gehirnorganoide deutlich realistischer und funktionaler nachgebildet werden können. Das Verfahren basiert auf winzigen, 3D-gedruckten Kunststoffgerüsten, die die Versorgungsfunktion von Blutgefäßen nachahmen. Mit der neuen Methode lassen sich realitätsnahe Krankheitsmodelle des menschlichen Gehirns erzeugen – humanbasiert, kosteneffizienter und tierleidfrei.

Organoide sind Miniaturorgane aus menschlichen Stammzellen, die zunehmend zur Erforschung von Krankheiten und Wirkstoffen eingesetzt werden. Besonders bei Gehirnorganoiden ist die unzureichende Versorgung mit Sauerstoff und Nährstoffen bisher ein zentrales Problem. Die Folge: Zellen sterben im Inneren ab, die Gewebeentwicklung bleibt eingeschränkt.

Das Team von der Indiana University, Bloomington, USA, entwickelte deshalb sogenannte vascular network-inspired diffusible scaffolds (VID) – künstliche, röhrenförmige Gerüste mit mikroskopisch kleinen Öffnungen. Diese übernehmen die Aufgabe eines Blutgefäßsystems, indem sie Sauerstoff, Nährstoffe und Signalmoleküle gleichmäßig in das Organoid transportieren.

Ein häufig angeführtes Argument von Tierversuchsbefürwortern lautet, Organoide hätten den Nachteil, dass ihnen ein funktionierendes Gefäßsystem fehle. Genau dieses Problem haben die Forschenden nun adressiert: Die 3D-gedruckten VID-Gerüste imitieren die Diffusionsfunktion von Blutgefäßen so effektiv, dass im Vergleich zu herkömmlichen Organoiden kaum noch Zelltod, Hypoxie oder metabolischer Stress auftreten. Die Studie zeigt, dass Mittelhirn-Organoide, die mithilfe von VID-Gerüsten gezüchtet werden, wichtige Hirnstrukturen realistischer nachbilden. Zudem enthalten diese Organoide eine höhere Anzahl dopaminerge Nervenzellen – eine Zellart, die beim Morbus Parkinson betroffen ist. Auch funktionell überzeugten die neu entwickelten Organoide: Sie zeigten stärkere elektrische Aktivität und ein dichteres neuronales Netzwerk. Zudem reagierten sie empfindlicher auf die Gabe des Schmerzmittels Fentanyl – ein Hinweis auf ihre gesteigerte Aussagekraft für pharmakologische Tests.

Die Ergebnisse machen laut Forscherteam deutlich, dass mit der neuen Methode menschliche Krankheitsmodelle gezüchtet werden können, die in ihrer Funktion dem menschlichen Gehirn deutlich näherkommen als die bisher häufig genutzten „Tiermodelle“. Gleichzeitig ist das Verfahren einfach, kostengünstig und mit gängigen Laborbedingungen kompatibel – ein entscheidender Vorteil für die breite Anwendung.

„Diese Technik bietet eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung von Hirnmodellen, die aussagekräftiger, tierleidfrei und klinisch relevanter sind“, so das Fazit der Forschenden.

Quelle

Cai et al. Vascular network-inspired diffusible scaffolds for engineering functional midbrain organoids. Cell Stem Cell 2025; 32: 824-837