13:10 20 Juni 2019
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    Gehirn aus dem Reagenzglas: Erfolgreiche Experimente am Rande der Medizinethik

    Gehirn aus dem Reagenzglas: Erfolgreiche Experimente am Rande der Medizinethik

    © Sputnik / Wladimir Astapkowitsch
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    Alfia Jenikejewa
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    Forscher versuchen in letzter Zeit, das Gehirn des Menschen und einiger Tiere möglichst authentisch nachzubauen. Das ist wichtig für Experimente, für die Transplantation verschiedener Organe und für die Erforschung diverse Krankheiten.

    Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass das menschliche Denkorgan in absehbarer Zeit „im Reagenzglas“ gezüchtet werden könnte.

    Enthauptete Schweine

    Im April 2018 veröffentlichte das Fachmagazin „Nature“ ein offenes Schreiben von 17 namhaften Neurophysiologien in dem sie für die Ausarbeitung von Regeln bzw. Beschränkungen für Experimente mit künstlich gezüchteten Neurogeweben warben, denn es könnte sein, dass nicht nur Strukturen, sondern auch gewisse Funktionen des Gehirns wiederhergestellt werden könnten. Mit anderen Worten: Es ist durchaus möglich, dass einige im Labor hergestellte Muster bald Merkmale des menschlichen Verstandes aufweisen könnten – und darauf müsste sich die Menschheit vorbereiten.

    De facto war das die Antwort der Wissenschaftler auf die jüngste Mitteilung ihrer Kollegen der Yale University, dass sie im Laufe von 36 Stunden das Gehirn eines Schweines nach der Abtrennung des Kopfes am Leben gehalten hätten. Für die Wiederherstellung der Blutzirkulation im Gehirn von mehr als 100 Tieren vier Stunden nach ihrer Enthauptung wurden ihnen zufolge das spezielle Pumpensystem BrainEx und synthetischer Blutersatz verwendet.

    In dem dadurch reanimierten Gehirn wurden Milliarden von lebendigen und arbeitsfähigen Nervenzellen entdeckt. Allerdings gab es dabei keine elektrischen Aktivitäten, wie auf dem Elektroenzephalogramm zu sehen war. Deshalb kamen die Forscher zu dem Schluss, dass das Gehirn dabei am Leben, allerdings im Koma blieb. Somit war es schon bewusstlos.

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    Den Wissenschaftlern zufolge könnte das auf diese Weise wiederbelebte Schweinegehirn irgendwann als Material für Tests von neuen Arzneimitteln gegen Krebs oder Alzheimer werden. Außerdem lässt sich diese Erfindung rein technisch als Mittel betrachten, den Organismus zwecks weiterer Transplantation von inneren Organen am Leben zu erhalten oder das im Labor gezüchtete Gehirn funktionieren zu lassen.

    Gehirn im Laborglas

    Mit diesem Problem beschäftigen sich Forscher seit den mittleren 2000er-Jahren – damals gelang es japanischen Biologen, Hirnrinde, Hypophyse und Augenbecher zu züchten. Als „Baustoff“ wurden in allen Fällen Stammzellen verwendet.

    2012 konnten US-Wissenschaftler ein Frontalhirn samt Rinde züchten, dessen Entwicklungsphase dem Gehirn des menschlichen Embryos Ende des ersten Schwangerschaftsdrittels entsprach. Experten der Stanford University gingen noch weiter und produzierten drei Jahre später kleine Häufchen, die das Gehirn eines neugeborenen Kindes imitierten.

    Forscher der Ohio University züchteten zur selben Zeit ein vollwertiges menschliches Gehirn aus Stammzellen, das einem fünfwöchigen Embryo entsprach. Nach eigener Auskunft gelang den Wissenschaftlern, alle wichtigsten Teile des Gehirns künstlich herzustellen. Es fehlte nur noch das Gefäßsystem.  Deshalb konnte es sich nicht weiterentwickeln und nicht funktionieren.

    Klein, aber stark

    Hirn aus dem Reagenzglas ist vorerst sehr klein – das von den Stanford-Experten gezüchtete Organ ist nur drei oder vier Millimeter groß.

    Der Hauptgrund dafür ist der Mangel an Sauerstoff und Nährstoffen, die zu den Eingeweiden durch das Gefäßsystem „transportiert“ werden. Das künstliche Gehirn hat kein solches Gefäßsystem. Der einzige Weg, die Moleküle der lebenswichtigen Stoffe hinzu zu bekommen, verläuft durch das Gewebe.

    Außerdem kann die Nährlösung, in der Gehirn angepflanzt wird, nicht das besondere Mikroumfeld des Organismus nachahmen, wo sich das menschliche Gehirn entwickelt. Das beschränkt wiederum den Zugang von Molekülen, die Signale von einer Zelle zur anderen vermitteln. In einem lebendigen Organismus führen solche Störungen bei der Signalverbreitung zur Entwicklung von Krebs, Diabetes oder autoimmunen Erkrankungen und im künstlichen Organismus zur Größenbeschränkung.

    Neandertaler-Gehirn und Chimären

    Einer der möglichen Auswege bestünde in der Transplantation von künstlich gezüchteten menschlichen Hirnsegmenten in einem Labortier. Erste Tests dieser Art wurden an Mäusen durchgeführt. 2015 teilte eine Expertengruppe vom Salk Institute for Biological Studies (USA) mit, bei einem solchen Experiment Erfolg gehabt zu haben: Drei Monate später hätten sich bei 80 Prozent der Mäuse die transplantierten Geweben eingelebt. Allerdings seien die operierten Mäuse dadurch nicht klüger geworden, betonten die Forscher: Ihr Verhalten vor und nach der Operation habe sich nicht verändert.

    Experten vermuten, dass solche Forschungen zu einer Revolution in der Regenerationsmedizin führen könnten, so dass künstlich gezüchtete Zellen Menschen implantiert werden könnten. Falls diese Experimente erfolgreich enden sollten, könnten alle möglichen im Reagenzglas gezüchteten Organoide eingepflanzt werden – auch von Neandertalern. US-Biologen schafften es, Neandertaler-Gehirnzellen im Laborglas zu züchten. Zu diesem Zweck wurde eine DNS-Mutation von Stammzellen provoziert, die für das Vormenschen-Genom typisch war. Die Mutation soll die Struktur der Neuronenverbindungen und sogar die Form der Organoide kardinal verändert haben.

    Neuronen im Nervengewebe der Neandertaler migrierten schneller und bildeten weniger Synapsen im Vergleich zum menschlichen Gehirn. Allerdings kann künstliches Gewebe kaum etwas darüber sagen, wie ein erwachsenes Gehirn funktionieren könnte – und gerade dafür interessieren sich die Wissenschaftler.

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    Um alle Prozesse im Neandertaler-Gehirn nachzuvollziehen, müssen die elektrischen Aktivitäten darin betrachtet werden, die auf den Verstand im Gehirn hinweisen würden. An dieser Stelle geraten die Forscher in eine „Grauzone“, vor der die Autoren des oben erwähnten offenen Briefs warnen. Sie bekommen ein hervorragendes Modell für Experimente, bei denen viele Fragen beantwortet werden könnten. Allerdings könnte es sein, dass dieses Modell alles spüren und möglicherweise sogar begreifen würde.

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    Tags:
    Operation, Zucht, Transplantation, Gehirnzellen, Gehirn, Stanford University, University of Ohio, Universität Yale, Fachmagazin "Nature", Nature-Magazin, USA