Wissenschaftler haben winzige Labor-Hirne über fast sechs Jahre am Leben erhalten und festgestellt, dass diese Organoide ähnlich wie menschliches Gewebe altern. Gleichzeitig zeigen neue Forschungen aus Stanford, dass im Laufe des Alterns überraschend viele Immunzellen aus dem Körper in das menschliche Gehirn einwandern.
Labor-Hirne zeigen biologische Altersprozesse über Jahre
Forscher haben die Lebensdauer von künstlichen Gewebeklumpen drastisch verlängert. Üblicherweise laufen Experimente mit Gehirnorganoiden, die aus Stammzellen herangezogen werden, nur über wenige Wochen oder Monate. Nun ist es gelungen, diese Mini-Gehirne fast sechs Jahre lang zu kultivieren, wobei die Arbeit in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Die Forscher fanden heraus, dass die Organoide eine Vielzahl derselben breiten Zelltypen entwickelten, die man in echten Gehirnen sieht. Mithilfe genetischer und molekularer Messungen zeigten sich Beweise dafür, dass die Gewebe denselben Entwicklungsmustern folgten wie organische Gehirngewebe. Wenn Forscher ältere Organoide zerbrachen und sie zu sogenannten „Chimeroidenumbauten, behielten die Zellen die Evidenz ihres vorherigen Entwicklungsalters bei und übersprangen manchmal Entwicklungsschritte, die sie bereits abgeschlossen hatten.
Julia Belk, Postdoktorandin in der Pathologie an der Stanford Medicine und Erstautorin der neuen Studie, erklärte, dass man das Gehirn normalerweise als geschlossenes System betrachte.
Das Interesse von Julia Belk an den Neurowissenschaften begann, während sie als Graduiertenstudentin in der Abteilung für Computerwissenschaften an den Stanford Humanities and Sciences tätig war. Während dieser Zeit trainierte sie zudem im Rahmen des Chemistry/Biology Interface Predoctoral Training Program von Sarafan ChEM-H. Sie beschrieb diese Erfahrung als wichtig für die Ausarbeitung eines interdisziplinären Ansatzes, der Grundlagenwissenschaft, Informatik und Medizin verknüpft. Diese Ausbildung führte schließlich zu einer Zusammenarbeit mit Siddhartha Jaiswal, einem leitenden Autor der neuen Studie, außerordentlichen Professor für Pathologie an der Stanford Medicine und Mitglied des Institute for Stem Cell Biology and Regenerative Medicine.
Das Einwandern von Immunzellen in das alternde Gehirn
Parallel zu den Beobachtungen an künstlichem Gewebe stellt neue Forschung aus Stanford das traditionelle Bild des menschlichen Gehirns infrage. Jahrzehntelang betrachteten Wissenschaftler das Immunsystem des Gehirns als weitgehend getrennt von den Abwehrmechanismen des übrigen Körpers, da das Gehirn über eigene spezialisierte Immunzellen und die Blut-Schranke verfügt. Neue Untersuchungen aus Stanford zeigen jedoch, dass große Anzahlen von Immunzellen aus anderen Körperbereichen im Laufe des Alterns in das menschliche Gehirn einwandern. Diese Entdeckung könnte das Verständnis der Gehirnalterung verändern und möglicherweise neue Wege für die Behandlung neurologischer Erkrankungen eröffnen. Die Arbeit wurde teilweise durch die Knight Initiative for Brain Resilience am Wu Tsai Neurosciences Institute unterstützt und in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Siddhartha Jaiswal, leitender Autor und außerordentlicher Professor für Pathologie an der Stanford Medicine, führte aus, dass im Gegensatz zu den meisten Immunzellen, die kontinuierlich durch Bluststammzellen aus dem Knochenmark aufgefüllt werden, angenommen wurde, dass sich Immunzellen im Gehirn über die gesamte Lebensdauer hinweg ohne Beitrag von außerhalb des Gehirns selbst erneuern.
In einer früheren Arbeit untersuchten die Forscher genetische Informationen von Tausenden von Personen, von denen einige über Jahrzehnte hinweg begleitet worden waren. Das Team zeigte, dass Personen, die bestimmte Klone von Immunzellen trugen, welche durch mutierte Blutstammzellen produziert wurden, wesentlich seltener an Alzheimer erkrankten. Dieses Ergebnis warf die Möglichkeit auf, dass diese ungewöhnlichen Immunzellen irgendwie mit dem Gehirn interagieren könnten. Später fanden die Forscher Belege dafür, dass einige dieser mutierten Zellen in das Gehirn selbst eindringen konnten. Die beteiligten Mutationen stehen im Zusammenhang mit clonal hematopoiesis of indeterminate potential, einem Zustand, der nur bei einer Minderheit von Menschen auftritt.
Grenzen der Modelle und Fragen zum Bewusstsein
Obwohl die Forschung eine verbesserte Möglichkeit bietet, die Entwicklung des Gehirns sowie degenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson zu untersuchen, gibt es einige Einschränkungen. Die Organoide sind keine tatsächlichen winzigen menschlichen Gehirne. Unter anderem fehlen ihnen Blutgefäße sowie die Architektur und die Fähigkeit, sensorische Informationen wahrzunehmen, die vom Körper erfasst werden. Zudem gibt es zahlreiche ethische Fragen bezüglich eines möglichen Bewusstseins. Laut der leitenden Autorin der Studie, Paola Arlotta, ist es jedoch „highly, highly, highly unlikely“, dass ein solches Gebilde auch nur ein wenig bewusst ist. Die Alzheimer-Krankheit selbst betrifft unterdessen allein in den Vereinigten Staaten 5,4 Millionen Amerikaner und verursacht schätzungsweise jährliche Kosten von 385 Milliarden Dollar für die Wirtschaft, wobei 1 von jeweils 8 Personen über 65 Jahren Schätzungen zufolge von Alzheimer betroffen ist.”
Zusätzliche Einordnungen und methodische Details der Untersuchungen verdeutlichen die Komplexität der Alterns- und Demenzforschung. Die wissenschaftliche Debatte kreist unter anderem darum, ob Alzheimer und die normale Gehirnalterung getrennte oder sich überschneidende Phänomene darstellen und welche Rolle Organellen wie die Mitochondrien dabei spielen. Für praktische gesundheitliche Fragen im Zusammenhang mit neurologischen Erkrankungen und dem Altern sollten Betroffene stets qualifizierte medizinische Fachkräfte konsultieren.
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