Die neue Forschung von Wissenschaftlern zur Gehirnentwicklung zeigt, dass dieses komplexe Organ möglicherweise nicht aus einer, sondern aus zwei unterschiedlichen Gruppen von Stammzellen besteht; eine Entdeckung, die das aktuelle Verständnis des Wachstums des Gehirns in Frage stellt. Diese Studie bietet auch einen Weg zur Herstellung von Neuronen des Hinterhirns im Labor; eine Methode, die helfen könnte, Krankheiten wie ALS und spinale Muskelatrophie (SMA) zu untersuchen.
Neue Herausforderungen im Verständnis des Gehirnwachstums
Die neue Forschung, die in der Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, hat das gängige Bild der Wissenschaftler darüber, wie das Gehirn entsteht, in Frage gestellt. Die Forscher haben Beweise gefunden, die zeigen, dass das Gehirn entgegen der bisherigen Annahme möglicherweise nicht aus einer einzigen Art von Stammzelle entsteht, sondern dass mindestens zwei unterschiedliche Gruppen von Stammzellen verschiedene Teile dieses komplexen Organs bilden. Diese Entdeckung hat gleichzeitig zu einer neuen Methode zur Herstellung von Neuronen des Hinterhirns im Labor geführt; eine Methode, die die Forschung zu Krankheiten wie ALS und spinaler Muskelatrophie unterstützen könnte.
Mehr erfahren: Wie man das Alleinsein genießt
Bestimmung des Schicksals von Stammzellen
Seit Jahrzehnten gab es die Ansicht, dass eine Art von Stammzelle oder „Vorläuferzelle“ letztendlich alle Teile des Gehirns erzeugen kann. Aber die neuen Erkenntnisse zeigen, dass dieses Bild möglicherweise zu einfach ist. Die Forscher fanden heraus, dass eine Gruppe von Stammzellen gezielt in Richtung der Bildung des Hinterhirns geht; einem Teil des Gehirns, der bei der Kontrolle bestimmter lebenswichtiger Funktionen wie Atmung und Herzschlag eine Rolle spielt.
Im Gegensatz dazu folgt eine andere Gruppe von Stammzellen einem anderen Weg und ist an der Bildung des Vorderhirns und des Mittelhirns beteiligt. Das Vorderhirn ist auch an komplexeren Funktionen wie Planung, Argumentation und anderen kognitiven Fähigkeiten beteiligt. Kyle Loh, Evolutionsbiologe an der Stanford University und einer der Autoren der Studie, sagt, dass das Gehirn ein einheitliches Organ ist, es jedoch aus zwei unterschiedlichen Teilen bestehen könnte, die miteinander verbunden sind und zusammenarbeiten.
Um den Ursprung dieser Zellen zu untersuchen, analysierte das Forschungsteam zunächst den Mäuseembryo in sehr frühen Wachstumsphasen. Die Wissenschaftler konnten durch Gewebefärbung und RNA-Sequenzierung zwei unterschiedliche Gruppen von Stammzellen des Gehirns identifizieren. In einem weiteren Experiment markierten die Forscher die Stammzellen des Hinterhirns mit fluoreszierenden Markern, um ihr Schicksal in späteren Wachstumsphasen zu verfolgen. Das Ergebnis zeigte, dass die mit diesem Marker gekennzeichneten Zellen hauptsächlich im Hinterhirn blieben und nicht in den vorderen Teil des Gehirns eindrangen.
Die Forscher führten dann ein ähnliches Experiment mit menschlichen pluripotenten Stammzellen durch; Zellen, die die Fähigkeit haben, sich in verschiedene Zelltypen des Körpers zu verwandeln. Sie verwandelten diese Zellen in zwei Arten von Gehirnvorläuferzellen und versuchten dann, ihren Wachstumsweg mithilfe chemischer Signale zu ändern. Eine der Zellarten konnte sich problemlos auf den Weg zur Bildung des Vorderhirns und Mittelhirns begeben, aber als die erforderlichen Signale zur Bildung des Hinterhirns gegeben wurden, konnte sie diesen Weg nicht einschlagen. Dieses Ergebnis deutet darauf hin, dass das Schicksal eines Teils der Stammzellen möglicherweise bereits in den sehr frühen Wachstumsphasen weitgehend festgelegt ist.
Die neuen Erkenntnisse bedeuten nicht, dass die Wissenschaftler jetzt die endgültige Antwort auf den Ursprung des Gehirns gefunden haben. Die Forschung wirft weiterhin Fragen darüber auf, wie das Schicksal von Vorläuferzellen bestimmt wird und ob dieses Schicksal in den sehr frühen Wachstumsphasen verändert werden kann. Dennoch zeigen die Ergebnisse, dass die Gehirnentwicklung wahrscheinlich ein komplexerer Prozess ist, als frühere Modelle angenommen haben; ein Prozess, bei dem mindestens zwei unterschiedliche Zellwege an der Bildung verschiedener Teile dieses Organs beteiligt sein können.
Therapeutische Implikationen
Eines der wichtigsten praktischen Ergebnisse dieser Forschung ist die Entwicklung einer effektiveren Methode zur Herstellung von Neuronen des Hinterhirns im Labor. Einige Neuronen im Hinterhirn sind bei neurologischen Erkrankungen wie ALS oder Motoneuronerkrankungen sowie bei spinaler Muskelatrophie (SMA) betroffen oder gehen zugrunde. Die Herstellung dieser Neuronen im Labor war bisher eine schwierige Aufgabe, und dieses Problem hat die direkte Untersuchung der Krankheit und das Testen möglicher Behandlungsmethoden eingeschränkt.
Durch ein besseres Verständnis des frühen Wachstumswegs des Gehirns konnten die Forscher die benötigten Signalmoleküle identifizieren, um die Stammzellen zu lenken. Sie konnten dann eine große Anzahl menschlicher Neuronen des Hinterhirns im Labor produzieren. Diese Zellen könnten in Zukunft als Modell zur Untersuchung neurologischer Erkrankungen und zum Testen von Arzneimittelverbindungen verwendet werden. Das Forschungsteam hofft, diese Methode auch zur Suche nach möglichen Behandlungen für SMA zu nutzen.
Mehr erfahren: Ahmad Al-Nabihy: Luftverschmutzung erhöht das Risiko für Augenerkrankungen · Verstopfung; ein verborgenes Zeichen von Parkinson, das ernst genommen werden sollte
