Forscher drucken menschliches Hirngewebe in 3D

Forscher der Universität von Wisconsin-Madison haben kürzlich einen wichtigen Meilenstein erreicht. Ihnen ist es gelungen, das erste funktionsfähige menschliche Hirngewebe aus dem 3D-Drucker herzustellen. Dieses Gewebe, das ähnlich wie gewöhnliches Hirngewebe wachsen und arbeiten kann, eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis des Gehirns und die Behandlung neurologischer Störungen, einschließlich komplexer Krankheiten wie Alzheimer und Parkinson.

Mithilfe eines horizontalen 3D-Druckverfahrens und aus Stammzellen gewonnenen Neuronen hat ein Forscherteam einen Ansatz entwickelt, der das Wachstum von Nervenzellen und die Bildung von Netzwerken fördert, die den natürlichen im menschlichen Gehirn vorkommenden ähnlich sind. Der Professor für Neurologie an der Universität von Wisconsin-Madison, Su-Chun Zhang, ist der Ansicht, dass dieser Durchbruch ein großer Gewinn für die wissenschaftliche Gemeinschaft ist und die Möglichkeit bietet, die Interaktionen zwischen Zellen und Teilen des Gehirns zu verstehen. Su-Chun Zhang erklärt:

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Es könnte sich um ein äußerst leistungsfähiges Modell handeln, das uns hilft zu verstehen, wie Gehirnzellen und bestimmte Teile des Gehirns beim Menschen miteinander kommunizieren. Es könnte unsere Sicht auf die Stammzellbiologie, die Neurowissenschaften und die Pathogenese vieler neurologischer und psychiatrischer Störungen verändern.“

3D-Druck von menschlichem Hirngewebe: ein horizontaler Ansatz

Laut Professor Su-Chun Zhang und dem Wissenschaftler Yuanwei Yan stießen frühere Versuche mit 3D-gedrucktem Hirngewebe aufgrund von Beschränkungen bei den Druckmethoden auf Schwierigkeiten. Die Gruppe, die hinter der neuen 3D-Drucktechnik steht, hat ihren Ansatz dargelegt. Anstatt der klassischen 3D-Druckmethode zu folgen, bei der die Schichten vertikal übereinander gelegt werden, verfolgten die Forscher einen horizontalen Ansatz. Sie brachten Gehirnzellen – Neuronen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen entwickelt wurden – in ein Gel aus „Bio-Tinte“ ein, das weicher war als das für frühere Versuche verwendete. Diese induzierten pluripotenten Stammzellen haben die Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu verwandeln, und werden künstlich hergestellt.

Dank dieser Technik sind die Zellen nun in der Lage, miteinander zu kommunizieren. Durch die Wahl von „Biotinten“ wird verhindert, dass sich die Zellen des Gewebes zerstreuen, und gleichzeitig wird den Neuronen die Freiheit gegeben, zu wachsen. Die gedruckten Zellen stellen also nicht nur innerhalb jeder Schicht, sondern auch schichtübergreifend Verbindungen her und schaffen so Netzwerke, die an die des menschlichen Gehirns erinnern. Die Neuronen interagieren, tauschen Signale aus und stellen mithilfe von Neurotransmittern Verbindungen her. Yuanwei Yan fügt hinzu: „Unser Gewebe bleibt dünn, was den Neuronen hilft, leicht an den Sauerstoff und die Nährstoffe zu gelangen, die sie aus der Wachstumsumgebung benötigen.“ Mit diesem Ansatz ist es möglich, 3D-gedrucktes Hirngewebe zu nutzen, um zu untersuchen, wie Zellen miteinander kommunizieren, die Beziehung zwischen gesundem und durch Krankheiten wie Alzheimer beeinträchtigtem Gewebe zu verstehen und sogar neue Medikamente zu testen.

Su-Chun Zhang, Professor für Neurologie. (Bild: Universität von Wisconsin-Madison)

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*Titelbildnachweis: Universität von Wisconsin-Madison