Donnerstag, 28. März 2024

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Wissenschaftler haben aus Stammzellen ein „Mini-Gehirn mit Augen“ gezüchtet

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Ein im Labor aus Stammzellen gezüchtetes Mini-Gehirn hat spontan rudimentäre Augenstrukturen entwickelt, berichten Wissenschaftler.

Winzige Organoide des menschlichen Gehirns, die in Schalen gezüchtet wurden, zeigten das Wachstum von zwei bilateral symmetrischen Augenbechern, was die Entwicklung der Augenstrukturen in menschlichen Embryonen widerspiegelt. Dieses unglaubliche Ergebnis kann uns helfen, den Prozess der Augendifferenzierung und -entwicklung sowie Augenkrankheiten besser zu verstehen.

Wissenschaftler haben aus Stammzellen ein „Mini-Gehirn mit Augen“ gezüchtet

„Unsere Arbeit unterstreicht die bemerkenswerte Fähigkeit von Gehirnorganoiden, primitive sensorische Strukturen zu erzeugen, die lichtempfindlich sind und Zelltypen enthalten, die denen im Körper ähneln“, sagte der Neurowissenschaftler Jay Gopalakrishnan vom Universitätsklinikum Düsseldorf in Deutschland. „Diese Organoide können dabei helfen, die Wechselwirkungen zwischen Gehirn und Auge während der Embryonalentwicklung zu untersuchen, angeborene Netzhauterkrankungen zu modellieren und patientenspezifische Netzhautzelltypen für personalisierte Arzneimitteltests und Transplantationstherapien zu erzeugen.“

Gehirnorganoide sind keine echten Gehirne, wie Sie sich vielleicht vorstellen können. Dies sind kleine dreidimensionale Strukturen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen gezüchtet werden – Zellen, die von Erwachsenen gewonnen und in Stammzellen umgewandelt wurden, die das Potenzial haben, in viele verschiedene Arten von Geweben zu wachsen.

In diesem Fall können diese Stammzellen zu Gehirngewebeklumpen heranwachsen, die nichts mit Gedanken, Emotionen oder Bewusstsein zu tun haben. Solche „Mini-Gehirne“ werden zu Forschungszwecken eingesetzt, wo der Einsatz eines echten lebenden Gehirns unmöglich oder zumindest ethisch schwierig wäre – etwa um die Reaktion auf Medikamente zu testen oder die Entwicklung von Zellen unter bestimmten widrigen Bedingungen zu beobachten. Diesmal planten Gopalakrishnan und seine Kollegen, die Augenentwicklung zu beobachten.

Wissenschaftler haben aus Stammzellen ein „Mini-Gehirn mit Augen“ gezüchtet

In früheren Studien haben andere Wissenschaftler embryonale Stammzellen verwendet, um Augenmuscheln zu züchten, Strukturen, die während der Embryonalentwicklung fast das gesamte Auge bilden. Andere Studien haben augenbecherartige Strukturen aus induzierten pluripotenten Stammzellen entwickelt.

Anstatt diese Strukturen direkt zu züchten, wollte das Team von Gopalakrishnan sehen, ob sie als integrierter Teil von Gehirnorganoiden gezüchtet werden könnten. Dies würde es uns ermöglichen zu sehen, wie diese beiden Gewebearten zusammenwachsen können, anstatt einfach optische Strukturen isoliert zu züchten.

Frühere Arbeiten zur Entwicklung von Organoiden hatten das Vorhandensein von Netzhautzellen gezeigt, aber sie hatten keine optischen Strukturen entwickelt, sodass das Team seine Protokolle änderte. Sie versuchten nicht, die Entwicklung rein neuronaler Zellen in den frühen Stadien der neuronalen Differenzierung zu erzwingen, und fügten dem Kulturmedium Retinolacetat als Hilfsmittel für die Augenentwicklung hinzu.

Ihre sorgfältig gepflegten Babygehirne hatten bereits am 30. Tag der Entwicklung Sehbecher gebildet, und die Strukturen waren am 50. Tag deutlich sichtbar. Dies stimmt mit dem Zeitpunkt der Augenentwicklung in einem menschlichen Embryo überein, was bedeutet, dass diese Organoide nützlich sein können, um die Feinheiten dieses Prozesses zu untersuchen.

Es gibt andere Folgen. Die Augenmuscheln enthielten verschiedene Arten von Netzhautzellen, die in lichtempfindlichen neuronalen Netzwerken organisiert waren, und enthielten sogar Linsen- und Hornhautgewebe. Schließlich demonstrierten die Strukturen die Verbindung der Netzhaut mit Bereichen des Gehirngewebes.

Wissenschaftler haben aus Stammzellen ein „Mini-Gehirn mit Augen“ gezüchtet

Von den 314 Gehirn-Organoiden, die das Team gezüchtet hat, entwickelten 73 % Sehbecher. Das Team hofft, Strategien entwickeln zu können, um diese Strukturen für längere Zeiträume lebensfähig zu halten, um eine eingehendere Forschung mit enormem Potenzial zu ermöglichen, sagen die Forscher.

„Gehirn-Organoide, die optische Vesikel enthalten, die hochspezialisierte neuronale Zelltypen aufweisen, können entwickelt werden, was den Weg für die Schaffung personalisierter Organoide und retinaler Pigmentepithelschichten für die Transplantation ebnet“, schreiben sie in ihrem Artikel. „Wir glauben, dass [diese] Organoide der nächsten Generation sind, die helfen, Retinopathien zu modellieren, die aus frühen neurologischen Entwicklungsstörungen resultieren.“

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