Lab-Grown implantierte Neuronen erfolgreich mit Brains Verdrahtung verbunden

Eines der vielen Hindernisse, die überwunden werden müssen, bevor menschliche embryonale Stammzellen ihr therapeutisches Potenzial erreichen können, besteht darin, festzustellen, ob transplantierte Zellen funktionell in Gewebe oder Organe integriert werden können.
Laut einer Studie von einem Team von Wisconsin Wissenschaftlern, die in der veröffentlicht wird Proceedings der Nationalen Akademie der WissenschaftenNeuronen, die im Labor aus unbelebten humanen embryonalen Stammzellen, die in die Gehirne von Mäusen implantiert wurden, hergestellt wurden, können erfolgreich mit der Verdrahtung des Gehirns verschmelzen und sowohl Signale senden als auch empfangen.
Neuronen sind die elementarste funktionelle Einheit des zentralen Nervensystems und sind spezialisierte Zellen, die Impulse leiten. Das menschliche Gehirn hat ungefähr 100 Milliarden Neuronen, die ständig Signale senden und empfangen, die jeden Prozess vom Gehen und Sprechen bis zum Denken steuern. Die Entdeckung ist ein wichtiger Schritt hin zur Verwendung von maßgeschneiderten Zellen zur Reparatur eines geschädigten oder erkrankten Gehirns, das das komplexeste menschliche Organ ist.
Jason P. Weick, Hauptautor der neuen Studie und Mitarbeiter Wissenschaftler an der Universität von Wisconsin-Madison Waisman Centre erklärt:

"Die große Frage war, ob sich diese Zellen funktionell integrieren können. Wir zeigen zum ersten Mal, dass diese transplantierten Zellen sowohl mit den umgebenden Nervenzellen des erwachsenen Gehirns hören als auch mit ihnen sprechen können."

Das Forscherteam bewertete die Fähigkeit ihrer im Labor gewachsenen Neuronen, sich in die Schaltung des Gehirns zu integrieren, indem sie die Zellen in den Hippocampus erwachsener Mäuse transplantierten. Der Hippocampus ist ein bekannter Bereich des Gehirns, der eine wichtige Rolle bei der Gedächtnisverarbeitung und räumlichen Navigation spielt. Die Forscher nahmen lebendes Gewebe von den Tieren, die Zelltransplantationen erhalten hatten, um die Integrationsfähigkeit der Zellen zu untersuchen.
Weick und sein Team beobachteten auch, dass die menschlichen Neuronen das rhythmische Abfeuerungsverhalten vieler miteinander kommunizierender Hirnzellen übernommen haben, und vor allem, dass die menschlichen Zellen in der Lage waren, das Verhalten des neuronalen Netzwerks zu verändern.
Die Forscher konnten diese Frage mit einer neuen Technologie beantworten, die als Optogenetik bekannt ist, bei der Licht anstelle von elektrischem Strom verwendet wird, um die Aktivität der Nervenzellen zu stimulieren.

Weick Kommentare:

"Früher waren wir in der Effizienz der Stimulation von transplantierten Zellen eingeschränkt. Jetzt haben wir ein Werkzeug, mit dem wir nur die transplantierten menschlichen Zellen und viele davon auf nicht-invasive Weise gezielt stimulieren können."

Er erklärt, dass es zur Bestimmung der Funktion von implantierten Zellen notwendig war, zuerst die Kapazität der implantierten Zellen zu modulieren, da frühere Technologien zu ungenau und unzuverlässig waren, um genau zu bestimmen, was transplantierte Neuronen taten.
Alle 220 Gewebetypen im menschlichen Körper stammen von embryonalen Stammzellen und ihren eng verwandten induzierten pluripotenten Stammzellen. Im Labor haben die Wissenschaftler diese Zellen angewiesen, sich in viele Zelltypen zu verwandeln, einschließlich Gehirnzellen.

Das Interesse an menschlichen embryonalen Stammzellen und induzierten pluripotenten Zellen hat das Potenzial, unbegrenzte Mengen an gesunden, spezialisierten Zellen zu produzieren, die dazu verwendet werden können, kranke oder beschädigte Zellen zu ersetzen.
Wissenschaftler glauben, dass Störungen des Gehirns, wie amyotrophe Lateralsklerose, besser bekannt als Lou Gehrig-Krankheit und Parkinson-Krankheit potenziell durch Austauschen von fehlerhaften Zellen mit gesunden im Labor gewachsenen Zellen ausgerottet werden könnten.
Im vergangenen Jahrzehnt haben zahlreiche tierexperimentelle Studien gezeigt, dass sowohl induzierte als auch embryonale Stammzellen Defizite dieser Erkrankungen in Tiermodellen lindern können.
Die neue Studie ebnet den Weg für Ärzte, die möglicherweise lichtbasierte Technologie nutzen, um transplantierte Zellen und Gewebe zu manipulieren.
Su-Chun Zhang, ein UW-Madison-Professor für Neurowissenschaften und Autor des neuen PNAS-Berichts, erklärt:

"Die Verbindung zwischen Stammzellen und Optogenetik kann bei der Behandlung einer Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen helfen. Sie können sich vorstellen, dass sich die transplantierten Zellen, wenn sie sich nicht so verhalten, wie sie sollten, mit Licht modulieren könnten . "

Ein weiterer Autor des PNAS-Berichts, der von den National Institutes of Health der USA finanziert wird, ist Yan Liu, der auch vom UW-Madison's Waisman Centre ist.
Geschrieben von Petra Rattue