In einer Schale gezüchtete Mini-Gehirne werfen ein Licht auf die Huntington-Krankheit und wie wir sie möglicherweise behandeln können
Spannende neue Erkenntnisse aus der Verwendung von im Labor gezüchteten 3D-Mini-Gehirnen fließen in laufende Studien zur HTT-Senkung ein und legen nahe, dass Stammzelltransplantationen bei HD die Zell-Zell-Kommunikation verbessern und Krankheitsmerkmale reduzieren könnten.
Im 3D-Format in einem Forschungslabor gezüchtete Stammzellen können einige Merkmale der Huntington-Krankheit (HD) nachahmen. Sie sind auch vielversprechend für Transplantationsstudien, um möglicherweise Zellen wieder hinzuzufügen, die bei HD verloren gehen. Aber was würde mit diesen neuen Zellen passieren? Würden sie sich mit den Zellen im Gehirn vertragen, die das HD-Gen haben? Und was kann uns dieses System über laufende klinische Studien lehren, die darauf abzielen, die HD-verursachende Botschaft nur in Teilen des Gehirns zu senken? Lies weiter, um es herauszufinden!
Die Kraft der Stammzellen
Stammzellen umgibt eine gewisse Mystik. Sie können entweder ihre „Stammzellfunktion“ beibehalten und eine Stammzelle bleiben oder sich in etwas völlig anderes verwandeln. Jede einzelne enthält die Fähigkeit, fast jeder Zelltyp im menschlichen Körper zu werden. Wissenschaftler können sie dazu bringen, eine Herzzelle, eine Muskelzelle oder sogar eine Gehirnzelle zu werden, was Wissenschaftlern ein leistungsstarkes Forschungsinstrument bietet, mit dem Fragen über das Gehirn von Menschen in Gesundheit und Krankheit beantwortet werden können.
Bildnachweis: Vaccarino Lab, Yale University
Für Hirnerkrankungen wie die Huntington-Krankheit (HD) gibt es eine zweite, potenziell wirksame Anwendung für Stammzellen – die Transplantation. Als neurodegenerative Erkrankung verursacht HD den allmählichen Verlust von Gehirnzellen. Dies geschieht hauptsächlich in einem zentralen Teil des Gehirns, dem Striatum, und im äußeren, faltigen Teil des Gehirns, der als Kortex bezeichnet wird.
Mehrere Forschergruppen untersuchen Ansätze, die es ihnen ermöglichen würden, die Kraft der Stammzellen zu nutzen, um Zellen zu ersetzen, die im Laufe der HD verloren gehen. Wir haben kürzlich über die Arbeit von Dr. Leslie Thomspon berichtet, die sie für Stammzelltransplantationen vorantreibt, aus unserer Berichterstattung über die Konferenz der Hereditary Disease Foundation. Aber was würde mit den neuen Zellen passieren? Würden sie Merkmale von HD annehmen?
Dr. Elena Cattaneo und ihr Team von der Universität Mailand in Italien haben kürzlich eine Studie veröffentlicht, die darauf abzielt, einige dieser Fragen zu beantworten. Elenas Labor ist weltweit führend in der Verwendung von Stammzellen zur Erforschung von HD. In dieser neuen Arbeit versuchten sie, die Auswirkungen von Zellen mit dem Gen für HD auf Zellen ohne das HD-Gen besser zu verstehen. Dies könnte dazu beitragen, zukünftige Zelltransplantationsstudien und Studien zur Senkung der krankheitsverursachenden Botschaft zu informieren, da diese Medikamente wahrscheinlich nicht jede Zelle im Gehirn gleichermaßen erreichen.
Mini-Gehirn in einer Schale
Wenn Zellen in Laborexperimenten verwendet werden, werden sie normalerweise flach auf der Rückseite einer Schale gezüchtet. Aber wenn du jemals einen anderen Menschen gesehen hast, weißt du, dass Menschen nicht 2D sind! Daher ermöglichen anspruchsvollere Technologien Forschern, Zellen in 3D zu züchten.
Der Fachbegriff für diese 3D-Zellen lautet „Organoide“, auch bekannt als „Mini-Gehirne“. Wir haben bereits über diese im Labor gezüchteten Gehirne und was Forscher von ihnen gelernt haben, geschrieben. Während Mini-Gehirne einige der zellulären Merkmale eines Gehirns annehmen können, wie z. B. Verbindungen zwischen verschiedenen Zellen, haben sie nicht wirklich die Fähigkeit, Gedanken und Gefühle zu übertragen.
„Obwohl diese Mini-Gehirne von außen täuschend einfach aussehen (ehrlich gesagt wie ein kleiner, weißlich-rosafarbener Rotz!), sind sie im Inneren elegant komplex.“
Obwohl diese Mini-Gehirne von außen täuschend einfach aussehen (ehrlich gesagt wie ein kleiner, weißlich-rosafarbener Rotz!), sind sie im Inneren elegant komplex. Die Zellen bilden komplizierte Netzwerke zwischen Gehirnzellen, die unter dem Mikroskop miteinander kommunizieren können. Diese Mini-Gehirne geben Forschern eine Möglichkeit, in 3D zu verstehen, wie sich HD auf Verbindungen und Kommunikation zwischen verschiedenen Zellen auswirkt.
Wissenschaftler wissen, dass HD in einem menschlichen Gehirn die Fähigkeit von Zellen in der äußeren Hirnrinde verringert, mit dem inneren Striatum zu kommunizieren. Dieser Kommunikationszusammenbruch führt im Laufe der Zeit zu einem Verlust dieser Verbindungen. Wenn diese Verbindungen über längere Zeiträume nicht genutzt werden, kann dies eine ungesunde Umgebung für die Gehirnzellen schaffen, und sie können schließlich absterben.
Ein positiver Einfluss
Elena und ihr Team sehen etwas Ähnliches in ihren Mini-Gehirnen, die das HD-Gen haben. Auf molekularer Ebene kommunizieren Gehirnzellen über einen sehr kleinen Spalt, der als Synapse bezeichnet wird. Hier treffen sich die Spitzen der Gehirnzellen, um Informationsbläschen hin und her zu senden. Bei HD nimmt die Anzahl der Bläschen im Laufe der Zeit ab. In dieser neuen Arbeit sieht das Team das Gleiche in HD-Mini-Gehirnen – es gibt weniger Kommunikation an der Synapse als in Mini-Gehirnen ohne das Gen für HD.
Ein Schlüsselexperiment in der neuen Arbeit von Elenas Labor fragte, was mit Zellen in Mini-Gehirnen passiert, wenn Zellen ohne das Gen für HD mit Zellen kombiniert werden, die das Gen für HD haben.
Das Team führte eine sehr detaillierte Analyse der genetischen Botschaften durch, die in den gemischten Mini-Gehirnen enthalten sind, und stellte fest, dass sie eher den Mini-Gehirnen ohne das HD-Gen ähneln als denen mit dem HD-Gen. Dies deutet darauf hin, dass die Zellen ohne das HD-Gen einen positiven Einfluss auf diejenigen mit dem HD-Gen haben. Gute Freunde, die man um sich hat!
Sie untersuchten auch die Synapsen in diesen gemischten Mini-Gehirnen. Sie fanden heraus, dass die von der Synapse gesendete Kommunikation stark verbessert wurde! Sie entsprach eher den Mini-Gehirnen ohne das Gen für HD. Dies deutet darauf hin, dass die Zellen ohne HD den Zellen mit HD helfen könnten, besser zu kommunizieren.
Das Team identifizierte auch einige Merkmale, die durch die Anwesenheit der Zellen ohne das Gen für HD nicht vollständig gerettet wurden. In den gemischten Mini-Gehirnen gab es immer noch einige Veränderungen auf der Ebene der genetischen Botschaft. Darüber hinaus wurde die Anzahl der Zellen, die in den gemischten Mini-Gehirnen starben, nicht vollständig gerettet. Dies deutet darauf hin, dass Zellen ohne HD zwar den gemischten Mini-Gehirnen helfen, aber nicht jedes Merkmal überwinden können, das durch das HD-Gen verursacht wird.
Informationen für laufende und zukünftige Studien
Insgesamt kann diese Art von Forschung dazu beitragen, das therapeutische Potenzial für die Verwendung von Stammzellen zur Verlangsamung des Fortschreitens und zur Behandlung von HD zu bestimmen. Sie ist auch informativ für laufende Studien, die den Spiegel der krankheitsverursachenden genetischen Botschaft senken.
Während das Ziel für einige dieser Studien darin besteht, die Botschaft um etwa 50 % zu senken, wird dies nicht in jeder Zelle im Gehirn geschehen. Aus diesem Grund werden diese Zellen mit reduzierter HD-Genbotschaft in einer gemischten Population mit Zellen existieren, die mehr von der HD-Genbotschaft haben. Daten aus Studien wie den hier hervorgehobenen helfen Forschern zu verstehen, was auf molekularer Ebene genau passieren kann, wenn solche gemischten Populationen von Zellen mit und ohne das Gen für HD existieren.
Ein wichtiger Punkt, den das Forschungsteam in dieser Arbeit herausarbeiten konnte, ist, dass die Zellen ohne HD einen positiven Einfluss auf die Zellen mit dem HD-Gen haben. Aber das Gegenteil ist nicht der Fall. Die Zellen, die das HD-Gen haben, scheinen die Programme in den Zellen ohne HD nicht zu verändern. Dies ist wichtig für zukünftige Transplantationsstudien, da es darauf hindeutet, dass Zellen ohne HD, die hinzugefügt werden, eine positive Wirkung haben können, aber die Zellen, die sich bereits im Gehirn mit HD befinden, möglicherweise keine negativen Auswirkungen auf die neuen Zellen haben. Eine Win-Win-Situation!
„Dies deutet darauf hin, dass die Zellen ohne das HD-Gen einen positiven Einfluss auf diejenigen mit dem HD-Gen haben. Gute Freunde, die man um sich hat!“
Behandlungen voranbringen
Obwohl Stammzellen und Mini-Gehirne super cool sind, gibt es einige Einschränkungen bei ihrer Verwendung. Erstens ahmen sie nicht wirklich nach, was im Gehirn eines lebenden Menschen vor sich geht. Nichts in einer Laborschale kann das. Aus diesem Grund ist es wichtig, potenzielle Behandlungen in einem funktionierenden Gehirn zu untersuchen, wie z. B. in einer Maus, und schließlich klinische Studien an Menschen durchzuführen.
Darüber hinaus wurden die Mini-Gehirne, die Zellen mit und ohne das Gen für HD enthielten, gemischt, bevor sie hergestellt wurden. Das bedeutet, dass die gemischte Population von „Geburt“ an vorhanden war. Im Fall einer Person mit HD würden die Zellen oder die Behandlung hinzugefügt, nachdem die Person ein vollständig ausgebildetes Gehirn hatte.
Trotz der Einschränkungen stellt diese Arbeit einen coolen Ansatz dar, um besser zu verstehen, wie Zellen ohne das Gen für HD wirken könnten, wenn sie einem Gehirn mit HD hinzugefügt würden. Sie wirft auch ein Licht darauf, was in einem Gehirn passieren kann, wenn einige Zellen das Gen für HD haben, während andere weniger von dieser Botschaft haben.
Das menschliche Gehirn, sowohl in einer Laborschale als auch außerhalb, ist unglaublich komplex. Daher wird es dazu beitragen, Behandlungen voranzubringen, so viel wie möglich darüber zu wissen, wie sich HD auf zelluläre und molekulare Merkmale auswirkt.
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