Medikamentenforschung Mini-Gehirne sollen Zika-Virus bekämpfen
Münster · Inzwischen haben die Forscher auch andere Organoide zur Forschung herangezüchtet: zum Beispiel Lungen, Augen und Nieren.
Hans Schölers Botschaft ist so erstaunlich wie innovativ - wenn auch erst auf den zweiten Blick: "Die Zukunft für die Entwicklung neuer Medikamente und Therapien liegt zu einem großen Teil in der Automatisierung der Forschung", sagt der Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin. Dann zeigt der Stammzellforscher Bilder seiner Roboter während eines Tests neuer Wirkstoffe. Sie tropfen pausenlos Flüssigkeiten in winzige Plastikgefäße, die mit lebenden menschlichen Zellen gefüllt sind. Schölers Maschinen sind nicht neu, wohl aber der Inhalt der kleinen Plastikhütchen. Es sind Mini-Gehirne in einem sehr frühen Entwicklungsstadium: 30 bis 50 Tage alt, ein bis drei Millimeter groß - hergestellt mit einem Roboter, der den wachsenden Zellhaufen optimal mit Nährstoffen versorgt.
"Diese Anlage ist ein Modellsystem für die Parkinson-Erkrankung", erklärt Hans Schöler, "wir wollen daran potentielle Medikamente testen." Angesichts der steigenden Zahlen an Demenzerkrankungen und der längeren Lebensdauer der Menschen sieht Schöler die Forschung in der Pflicht. "Es muss uns Wissenschaftlern gelingen, den Menschen ein möglichst langes Leben bei vollem Bewusstsein zu ermöglichen", sagt er.
Vor zehn Jahren wäre Schölers Modellsystem noch nicht möglich gewesen. Lediglich die Robotertechnik stand damals zur Verfügung. Die Methode, mit der Stammzellforscher heutzutage Nervenzellen des Gehirns herstellen, entwickelte der spätere Nobelpreisträger Shin'ya Yamanaka erst 2007. Das erste Mini-Gehirn präsentierte der Wiener Forscher Jürgen Knoblich im Jahr 2013. Knoblichs Team musste noch viel Handarbeit leisten - drei Jahre später erledigt ein Roboter die Anweisungen, damit die Nervenzellen in einem rotierenden Reaktor ein dreidimensionales Gewebe bilden.
Und als ob das noch nicht genug wäre: Mithilfe der Gentechnik lassen sich im Erbgut dieser Zellen Fehler einbauen, wie sie auch bei Parkinson-Patienten gefunden werden. Auch dieses Verfahren ist erst fünf Jahre alt. Hans Schölers Team nutzt gleich mehrere der Methoden der noch sehr jungen wissenschaftlichen Errungenschaften. Noch ist der Beweis nicht erbracht, ob diese Kombination funktioniert, aber der Münsteraner zeigt sich schon jetzt überzeugt: "Das ist das beste Modell für neurodegenerative Erkrankungen, das es je gab."
Ganz falsch liegt er nicht. Jürgen Knoblich hat an seinen Mini-Organen bereits die Auswirkungen einer Mikrozephalie simuliert. Und auch US-Forscher, die die Gefahr durch den Zika-Virus für die Entwicklung des Gehirns bei ungeborenen Kindern abschätzen wollten, griffen auf die Mini-Gehirne zurück. Als die Wissenschaftler die Nervenzellen im Labor mit dem Virus infizierten, wuchs das Gehirn deutlich langsamer.
Niemand hätte diese Methoden vor 20 Jahren für möglich gehalten, sagt Wolfgang Löwer, Präsident der nordrhein-westfälischen Akademie der Wissenschaften und Künste. Aber gerade das mache den Reiz der Wissenschaft aus. "Man geht durch eine Tür und weiß nicht, wo man rauskommt", beschreibt der Jurist, der an der Universität Bonn arbeitet, das Gefühl. Zudem ist es auch die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Forschergruppen, die schneller zu neuen Erkenntnissen und Anwendungen führt als früher. Die Akademie sieht sich weiter als Hort solcher Diskussionen, sowohl in den verschiedenen Klassen als auch im Jungen Kolleg mit 30 ausgewählten Nachwuchsforschern. Löwer kündigte an, dass der Frauenanteil bei den Mitgliedern steigen solle.
Die Organoide, die Hans Schöler bei einem Festvortrag den Akademie-Mitgliedern vorstellte, sind ein rasant wachsendes Forschungsgebiet. Seit Knoblich die Mini-Gehirne entwickelt hat, züchteten Wissenschaftler auch andere Organe im Miniaturformat: Binnen drei Jahren sind in den Laboren Lunge, Leber, Niere, Darm, Herz und Augen entstanden.
Ihre Struktur ähnelt den Organen im heranwachsenden Embryo während der Schwangerschaft, doch als Ersatz für eine Transplantation taugen sie trotzdem nicht. Die Organoide haben zu viele Fehler. So wachsen beispielsweise in Knoblichs Mini-Gehirnen keine Blutgefäße. Die Forscher schätzen dagegen für ihre Tests eine andere Eigenschaft: Die wichtigsten Zelltypen haben sich bereits ausgebildet und nehmen häufig die dreidimensionale Struktur ein, die der im menschlichen Körper ähnelt.
Hans Schöler glaubt sogar, dass sich mit den Organoiden neue Therapien entwickeln lassen. "Wir möchten an Ort und Stelle ausgereifte Zellen des jeweiligen Organs zu Vorläuferzellen umwandeln, die dann ihre unmittelbare Umgebung durch Zellteilung wieder auffrischen können", erklärt er. Ein durch Verletzung, Erkrankung oder Lebensalter geschädigtes Organ könne sich dann von innen heraus regenerieren, sagt der Wissenschaftler. Das Forschungsprogramm, das von der Europäischen Union mit 2,5 Millionen Euro gefördert wird, trägt den Titel Prometheus.
