Schizophrenieforschung taucht in die Petrischale ein

Schwer zu untersuchende Zustände wie Schizophrenie, Autismus und Alzheimer können jetzt mit einer innovativen Methode, mit der reife Gehirnzellen aus umprogrammierten Hautzellen gewonnen werden können, sicher und effektiv analysiert werden. Dies geht aus einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie hervor Stammzellenforschung.

"Natürlich möchten wir nicht die Gehirnzellen von Personen entfernen, an denen experimentiert werden kann. Daher ist die Wiederherstellung der Gehirnzellen des Patienten in einer Petrischale das nächstbeste für Forschungszwecke und das Screening von Arzneimitteln", sagte Forschungsleiter Gong Chen, Ph. D., Professor für Biologie an der Penn State University.

"Der aufregendste Teil dieser Forschung ist, dass sie das Versprechen einer direkten Modellierung von Krankheiten bietet, die es ermöglicht, in einer Petrischale reife menschliche Neuronen zu erzeugen, die sich ähnlich wie Neuronen verhalten, die im menschlichen Gehirn auf natürliche Weise wachsen."

Chen glaubt, dass die Methode zu maßgeschneiderten Behandlungen für einzelne Patienten führen könnte, die auf ihren eigenen genetischen und zellulären Informationen basieren. Er sagte, dass Wissenschaftler in früheren Forschungen einen Weg gefunden hatten, Hautzellen von Patienten so umzuprogrammieren, dass sie zu nicht spezialisierten oder undifferenzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) wurden.

"Eine pluripotente Stammzelle ist eine Art leerer Schiefer", sagte Chen. „Während der Entwicklung differenzieren sich solche Stammzellen in viele verschiedene, spezialisierte Zelltypen, wie z. B. eine Muskelzelle, eine Gehirnzelle oder eine Blutzelle. Nachdem die Forscher iPSCs aus Hautzellen erzeugt haben, können sie diese zu Gehirnzellen oder Neuronen kultivieren, die sicher in einer Petrischale untersucht werden können. “

In der neuen Studie haben Forscher nun einen Weg gefunden, iPSCs viel effektiver in reife menschliche Neuronen zu differenzieren und Zellen zu erzeugen, die sich wie Neuronen im Gehirn verhalten. Chen erklärte, dass Neuronen in ihrer natürlichen Umgebung immer in unmittelbarer Nähe zu sternförmigen Zellen, sogenannten Astrozyten, gefunden werden, die im Gehirn reichlich vorhanden sind und dazu beitragen, dass Neuronen richtig funktionieren.

"Da Neuronen an Astrozyten im Gehirn angrenzen, haben wir vorausgesagt, dass dieser direkte physische Kontakt ein wesentlicher Bestandteil des neuronalen Wachstums und der Gesundheit sein könnte", sagte Chen.

Um diese Hypothese zu testen, kultivierte das Team zunächst iPSC-abgeleitete neurale Stammzellen, Stammzellen, die das Potenzial haben, Neuronen zu werden. Diese Zellen wurden auf einer einzelligen Schicht von Astrozyten kultiviert, so dass sich die beiden Zelltypen physikalisch berührten.

"Wir fanden heraus, dass diese auf Astrozyten kultivierten neuralen Stammzellen viel effektiver zu reifen Neuronen differenzierten", sagte Chen und stellte sie anderen neuralen Stammzellen gegenüber, die allein in einer Petrischale kultiviert wurden. "Es war fast so, als würden die Astrozyten die Stammzellen anfeuern, ihnen sagen, was sie tun sollen, und ihnen helfen, ihr Schicksal zu erfüllen, Neuronen zu werden."

Als nächstes verwendeten die Forscher eine elektrophysiologische Aufzeichnungstechnik, um zu zeigen, dass auf Astrozyten gewachsene Zellen viel mehr synaptische Ereignisse aufwiesen - Signale, die von einer Nervenzelle an die anderen gesendet wurden. Dann, nach nur einer Woche, begannen die neu differenzierten Neuronen, Aktionspotentiale auszulösen - das schnelle elektrische Erregungssignal, das in allen Neuronen im Gehirn auftritt.

Schließlich fügten die Forscher einer Mischung mit Mausneuronen menschliche neurale Stammzellen hinzu. "Wir haben festgestellt, dass es nach nur einer Woche viel" Übersprechen "zwischen den Mausneuronen und den menschlichen Neuronen gab", sagte Chen.

Er erklärte, dass "Übersprechen" auftritt, wenn ein Neuron seine Nachbarn kontaktiert und einen Neurotransmitter freisetzt, um die Aktivität seines Nachbarn zu modulieren.

"Frühere Forscher konnten nur Gehirnzellen von verstorbenen Patienten erhalten, die an Krankheiten wie Alzheimer, Schizophrenie und Autismus gelitten hatten", sagte Chen. "Jetzt können Forscher Hautzellen von lebenden Patienten entnehmen - ein sicheres und minimal invasives Verfahren - und sie in Gehirnzellen umwandeln, die die Aktivität der eigenen Gehirnzellen des Patienten nachahmen."

Mit dieser Methode würden Ärzte wissen, wie sich ein bestimmtes Medikament auf die Gehirnzellen eines bestimmten Patienten auswirkt, ohne das Medikament auszuprobieren, wodurch das Risiko schwerwiegender Nebenwirkungen beseitigt wird.

"Der Patient kann sein eigenes Meerschweinchen für die Gestaltung seiner eigenen Behandlung sein, ohne direkt experimentieren zu müssen", sagte er.

Quelle: Stammzellforschung