Mini "Gehirne menschlicher" in einer Petrischale gezüchtet

Das erste komplette lebenden Modell für die Entwicklung des menschlichen Gehirns wurde in einem Labor erstellt.

Forscher wuchs menschliche Stammzellen in einer Umgebung, die sie ermutigt, erbsengroße Gobs von Hirngewebe, bilden, die zu deutlichen Hirngewebe, einschließlich eine Hirnrinde und Netzhaut entwickelt.

Die Minibrains wurden verwendet, um Modell Mikrozephalie, eine menschliche genetische Störung in der Größe des Gehirns drastisch reduziert wird. Obwohl nicht in der Lage, des Bewusstseins oder andere höhere kognitiven Funktionen, können die Minibrains Wissenschaftler die Entwicklung des menschlichen Gehirns untersuchen, die schwer zu Modell bei Tieren. [Im Inneren des Gehirns: eine Foto-Reise durch die Zeit]

"Das Gehirn der Maus ist nicht immer ein gutes Modellsystem für das menschliche Gehirn" Studie Forscher Jüergen Knoblich, der österreichischen Akademie der Wissenschaften der (IMBA) Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien, sagte auf einer Pressekonferenz. "Unser System ermöglicht uns Menschen-Besonderheiten der Entwicklung des Gehirns zu untersuchen."

Andere Gruppen sind kleine Stücke von neuronalem Gewebe im Labor vor gewachsen, aber keiner konnte erfolgreich zu züchten, die sowohl eine Rinde enthalten – die spezielle äußere Schicht des Gehirns – und anderen Gehirnregionen Knoblich sagte.

Zum Erstellen der Minibrains Knoblich und sein Team nahmen menschlichen embryonalen Stammzellen oder induzierte pluripotente Stammzellen – beide Arten von Zellen mit einer Kapazität bis zu jeder Art von Gewebe zu entwickeln – und wuchsen die Zellen unter Bedingungen, die es ihnen ermöglichte, bilden eine Gewebe namens Neuroectoderm, die in das Nervensystem entwickelt. Die Forscher eingebettet Fragmente des Gewebes in Tröpfchen Gel erstelle ich ein Gerüst um Wachstum zu führen. Sie übertragen dann die Tröpfchen in einer Spinnerei-Bioreaktor, der Nährstoffaufnahme erhöht.

Nach 15 bis 20 Tagen bildete das Gewebe Minibrains genannt zerebrale Organellen, jede umschließt eine flüssigkeitsgefüllte Region, ähnlich wie der zerebralen Ventrikel, die cerebrospinale Flüssigkeit im menschlichen Gehirn enthalten. Nach 20 bis 30 Tagen bildeten einige von den Organellen definierter Hirnareale, einschließlich eine Großhirnrinde (das Gehirn komplexe äußere Schicht); Netzhautgewebe, der lichtempfindliche Teil des Auges; Hirnhaut, die Membranen diese Hülle des Gehirns; und choroid Plexus, die die cerebrospinale Flüssigkeit produziert, die das Gehirn badet. [Infografik: sehen, wie das Mini-Gehirn wuchs im Labor]

Die Minibrains wuchs 2-3 Millimeter (0,08-0,1 in) im Durchmesser und in Lab-Gerichte für 10 Monate so weit überlebt haben. Ihre Größe ist begrenzt, weil sie ein Kreislaufsystem um Nährstoffe und Sauerstoff zu ihren Kernregionen zu bieten haben. Als ein Ergebnis, sagte die Gehirn nicht die vielen Schichten gesehen in eine echte menschliche Gehirn entwickeln konnte, der Forscher.

Neben der Modellierung, wie ein gesundes menschliches Gehirn entwickelt, können die Organellen verwendet werden, um Erkrankungen des Gehirns zu modellieren. Knoblich und seine Kollegen zur ihre Minibrains Untersuchung Mikrozephalie, eine Erkrankung, die nicht leicht in den Mäusen untersucht, weil ihr Gehirn schon kleiner als menschlich sind. Sie nahm Hautzellen von Patienten eine Mikrozephalie und neu programmiert sie an Stammzellen, die sie dann ins Gehirn Organellen wuchs.

Die Mini-Mikrozephalie Gehirne aus Zellen des Patienten gewachsen waren kleiner als diejenigen von normalem Gewebe gewachsen, aber hatte mehr Neuron Wachstum. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gehirne von Patienten Mikrozephalie Neuronen zu früh entwickeln, bevor ihre Gehirne groß genug gewachsen sind. Weitere Experimente zeigten, dass die Orientierung in der die Stammzellen teilen auch in der Störung eine Rolle spielen könnten.

Biologe Gong Chen der Pennsylvania State University, der nicht mit der Forschung beteiligt war, nannte es "eine bemerkenswerte Leistung", fügte hinzu: "Es öffnet die Tür für viele Studien über das menschliche Gehirn mit menschlichen Neuronen."

Diese Methode der wachsenden Minibrains in einem Labor genutzt werden könnte oder Medikamente zu testen, oder Störungen an anderen Gehirn zu studieren. "Letztlich, wir würden gerne häufiger Erkrankungen wie Schizophrenie und Autismus, bewegen" Knoblich sagte, aber er fügte hinzu, es verfrüht sei, darüber zu spekulieren, wenn Wissenschaftler Minibrains komplex genug entwickeln, um dies zu tun.

Die Forschung war online detailliert heute (28. August) in der Zeitschrift Nature.

Anmerkung der Redaktion: dieser Artikel wurde aktualisiert um 5:15 Uhr ET am 28 August um nennen, wo die Studie veröffentlicht wurde. Es wurde aktualisiert, um 5:58 Uhr ET, Gong Chen Zugehörigkeit zu korrigieren.

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