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Menschliche Mini-Gehirne entwickeln Augenstrukturen

Autor: Dipl. Biol. Julia Radzwill

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Gehirnorganoide mit Augen - Quelle: Gabriel et al Cell Stem Cell 2021 

Humanbasierte Hightech-Forschung mit Organoiden

Forscher der Heinrich-Heine-Universität (Düsseldorf) haben Mini-Gehirne, sogenannte Organoide, im Labor gezüchtet, auf denen sich Augen-Vorläufer-Strukturen ausgebildet haben.

Dazu wurden von vier Freiwilligen Zellen gewonnen, die mittels der iPSC-(induzierte Pluripotente Stammzell-) Technologie in der Kulturschale in eine Art Stammzell-Zustand zurückprogrammiert werden können. Mittels Zugabe verschiedener Substanzen können diese Zellen sich in sämtliche Zellen des Körpers entwickeln; in diesem Fall zu Gehirnzellen. Diese können sich dann zu einem Mini-Organ mit verschiedenen Zelltypen organisieren.

Nach 20 Tagen Kultivierung dieser Gehirn-Organoide gaben die Forscher Retinsäure dazu, ein Stoff, welcher Vitamin A ähnlich und wichtig für die embryonale Augenentwicklung ist. An Tag 30 bildeten sich erste sogenannte optische Becher, die sich innerhalb weiterer 30 Tage zu erkennbaren augenähnlichen Strukturen mit ca. 0,2 Millimeter Durchmesser entwickelten, die auch verschiedenste Zellarten, die für Augen typisch sind, enthielten. Der Zeitraum dieser Entwicklung entspricht dem der Entwicklung der Netzhaut eines menschlichen Embryos. Im ausgereiftesten Zustand war eine einfache Linse, die Hornhaut und ein darüber liegendes feines Gewebe zu beobachten. Besonders interessant: die Augenstrukturen reagierten auf Licht. Es wurden also aktive Nervenzellnetze ausgebildet; zudem konnten Nervenfortsätze, die in das Gehirnorganoid hineinwuchsen, nachgewiesen werden. Augenbildung ist kein Einzelfall: in 72% der Hirnorganoide wurde die Entwicklung dieser einfachen Augenstrukturen beobachtet.

Die Arbeitsgruppe um Jay Gopalakrishnan, die diese Ergebnisse veröffentlicht hat, untersucht erblich bedingte Augenkrankheiten. Besonders von Vorteil ist, dass die Zellen auch von Patienten gewonnen werden können, die alle genetischen Informationen und Besonderheiten enthalten, die zu der Krankheit führen. So ist diese Methode ideal, um grundlegende Prozesse der frühen Augenentwicklung zu studieren sowie Krankheitsursachen von genetisch bedingten Augenerkrankungen zu erforschen.

Quellen

Gabriel E et al. Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles. Cell Stem Cell 2021; DOI >>

MIT Technology Review / Heise.de. Menschliche Mini-Gehirne entwickeln Augen. 27.08.2021

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