Vor über einem Jahrzehnt gaben Jürgen Knoblich und sein Team am IMBA den Anstoß zur Erforschung von Gehirn-Organoiden: In einer wegweisenden Arbeit aus dem Jahr 2013 präsentierten Knoblich und Postdoktorandin Madeline Lancaster die ersten Gehirn-Organoide zur Erforschung menschlicher Krankheiten und Entwicklung. Gehirn-Organoide nutzen die inhärente Fähigkeit von Stammzellen zur Selbstorganisation: Mit den richtigen Signalen können Stammzellen aus Hautproben von Patienten und gesunden Spendern dazu angeregt werden, Modelle zu bilden, die bestimmte Zeitpunkte und Bereiche des Gehirns nachahmen, wie beispielsweise die frühe Embryonalentwicklung oder kortikale Neuronen.
Da Gehirn-Organoide Aspekte der Gehirnphysiologie nachbilden, bergen sie das Potenzial, neue Erkenntnisse über die Biologie menschlichen Gewebes und über Krankheiten zu liefern – auf eine Weise, die anderen, nicht-menschlichen Modellen wie der Maus nicht möglich ist. Derzeit werden jährlich über 3.000 wissenschaftliche Artikel über Gehirn-Organoide veröffentlicht. Allein im vergangenen Jahr wurden durch die Untersuchung von Gehirn-Organoiden am IMBA grundlegende Erkenntnisse gewonnen, darunter das Verständnis der Gründe für die Größe des menschlichen Gehirns sowie Einblicke in die neuronalen Fernverbindungen des menschlichen Gehirns .
Angesichts des großen Interesses an Gehirn-Organoiden als Modelle zum Verständnis verschiedener Aspekte des Gehirns haben führende Experten auf diesem Gebiet kürzlich einen Rahmen für den experimentellen Prozess entwickelt. Zum Team unter der Leitung von Sergiu Pasca von der Stanford University gehörte auch Jürgen Knoblich, stellvertretender wissenschaftlicher Direktor des IMBA, der vom großen Potenzial dieses Forschungsfeldes überzeugt ist. „Gehirn-Organoide werden unser Verständnis von menschlicher Entwicklung, Evolution und Krankheiten grundlegend verändern und Erkenntnisse liefern, die wir sonst nicht gewinnen könnten.“
Trotz des großen Forschungspotenzials von Gehirn-Organoiden gibt es auch Einschränkungen: Je nach Herstellungsverfahren und Protokoll kann die Zusammensetzung der Organoide variieren, und bestimmte Gehirnzelltypen entwickeln sich in Organoiden nicht. „Aufgrund dieser Einschränkungen haben Forschende ein großes Interesse daran, hohe Standards in diesem Bereich zu setzen, auch um die Reproduzierbarkeit und Übertragbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten“, ergänzt Knoblich.
Das Konsenspapier soll Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Aufsichtsbehörden bei der Durchführung optimal konzipierter Studien unterstützen und es ihnen ermöglichen, das experimentelle Modell basierend auf der wissenschaftlichen Fragestellung zu optimieren. Der am 13. März in der Printausgabe von Nature veröffentlichte Rahmen enthält Empfehlungen zu den Stammzellen als Ausgangspunkt für Gehirn-Organoide, zum Verfahren zur Erzeugung und Charakterisierung der relevanten Nervenzellen, zu den Methoden zur Bewertung der funktionellen Eigenschaften von Gehirn-Organoiden – einschließlich der Messung der Aktivität von Neuronen in den Organoiden – und schließlich zur Integration von Organoiden in neuronale Schaltkreise.
„Die Forschung mit Gehirn-Organoiden ist bereits von außergewöhnlich hoher Qualität. Unser Rahmen wird hoffentlich die Anwendung von Organoiden und ähnlichen Zellmodellen beschleunigen und es uns ermöglichen, ihr Potenzial für die Neurowissenschaften und ihre Anwendungen schneller zu nutzen“, sagt Knoblich. „Es zeugt vom ehrgeizigen Geist der Gehirn-Organoid-Forschung, dass die führenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fachgebiets in einem äußerst kommunikativen und kooperativen Geist an diesem wegweisenden Konsens mitgearbeitet haben und damit einen Plan entwickelt haben, wie die Organoid-Forschung ihren Einfluss auf das Verständnis des menschlichen Gehirns maximieren kann.“
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