Organoidforschung identifiziert einen Faktor, der an der Gehirnexpansion beim Menschen beteiligt ist

Was macht uns zu Menschen? Laut Neurobiologen ist es unser Neocortex. Diese äußere Schicht des Gehirns ist reich an Neuronen und ermöglicht es uns, abstrakt zu denken, Kunst zu schaffen und komplexe Sprachen zu sprechen. Ein internationales Team unter der Leitung von Dr. Marike Albert am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) der TU Dresden hat einen neuen Faktor identifiziert, der möglicherweise zur Erweiterung des Neokortex beim Menschen beigetragen hat. die Studie Es wurde veröffentlicht in Embu-Magazin.

Der Neokortex ist die charakteristische gefaltete Außenschicht des Gehirns, die einer Walnuss ähnelt. Es ist für höhere kognitive Funktionen verantwortlich. „Der Neocortex ist der zuletzt entwickelte Teil des Gehirns“, sagt Dr. Albert, Leiter der CRTD-Forschungsgruppe. „Alle Säugetiere haben einen Neocortex, aber er variiert in Größe und Komplexität. Der Neocortex bei Menschen und Primaten weist Falten auf, während beispielsweise Mäuse einen völlig glatten Neocortex haben, ohne Falten.“

Die charakteristischen Falten des menschlichen Gehirns vergrößern die Oberfläche des Neocortex. Der menschliche Neocortex enthält eine größere Anzahl von Neuronen, die komplexe kognitive Funktionen unterstützen.

Die molekularen Mechanismen, die die Entwicklung des Neokortex vorantreiben, sind noch weitgehend unbekannt. „Welche Gene sind für Artenunterschiede in der Größe des Neokortex verantwortlich? Welche Faktoren trugen zur Gehirnvergrößerung beim Menschen bei? Die Beantwortung dieser Fragen ist entscheidend für das Verständnis der Evolution des menschlichen Gehirns und möglicherweise für die Behandlung von psychischen Störungen“, erklärt Dr. Albert.

Die Kraft der Gehirnorganoide

Um nach Faktoren zu suchen, die die Gehirnexpansion beeinflussen, verglich Alberts Gruppe die sich entwickelnden Gehirne von Mäusen und Menschen. „Stammzellen bei Mäusen teilen sich nicht so stark und produzieren nicht so viele Neuronen wie bei Primaten. Menschen hingegen haben eine große Anzahl von Stammzellen im sich entwickelnden Gehirn. Dieser sehr große Pool an Stammzellen liegt zugrunde.“ die Zunahme der Zellzahl“, erklärt Dr. Albert. Neurowissenschaften und Gehirngröße.

Das Team fand einen Wirkstoff, der beim Menschen, aber nicht bei Mäusen vorkommt. Mithilfe der 3D-Zellkulturtechnologie testete das Team, ob der neu identifizierte Faktor die Expansion des Neokortex beeinflussen könnte. „Dank der mit dem Nobelpreis 2012 ausgezeichneten Forschung ist es möglich geworden, jede Zelle in eine Stammzelle umzuwandeln. Diese Stammzelle kann dann in ein dreidimensionales Gewebe umgewandelt werden, das einem Organ, beispielsweise einem Gehirn, ähnelt. Stammzellen.“ ermöglichen es, Entwicklung und Krankheit direkt im menschlichen Gewebe zu untersuchen.

Diese 3D-Gehirnkulturen oder Gehirnorganoide ähneln für das ungeübte Auge möglicherweise nicht den Gehirnen, ahmen jedoch die zelluläre Komplexität sich entwickelnder Gehirne nach. „Die meisten Zelltypen sind im sich entwickelnden Gehirn vorhanden“, sagt Dr. Albert. „Sie interagieren, senden Signale und sind ähnlich angeordnet wie im echten menschlichen Gehirn.“

Anhand von 3D-Gehirnorganoiden konnte die Gruppe zeigen, dass der Wachstumsfaktor Epiregulin tatsächlich die Teilung und Expansion von Stammzellen im sich entwickelnden Gehirn fördert.

Auf die Menge kommt es an

„Da wir wussten, dass Epiregulin die Expansion menschlicher neokortikaler Stammzellen stimuliert, haben wir uns das Gen angesehen, das für Epiregulin kodiert, und versucht, es im Evolutionsbaum zurückzuverfolgen“, sagt Studienleiterin Paula Cubillos, Doktorandin am CRTD. Das Gen ist nicht auf den Menschen beschränkt, sondern kommt auch bei anderen Primaten und sogar Mäusen vor.

„Eperigolin wird im sich entwickelnden Mäusegehirn nicht produziert, da das Gen dauerhaft ausgeschaltet ist und nicht genutzt wird“, erklärt Kopius. „Uns ging es darum zu verstehen, ob es Unterschiede in der Wirkungsweise von Epiregulin beim Menschen und bei anderen Primaten gibt.“

Die Forscher wandten sich erneut der 3D-Kulturtechnologie zu. Mithilfe von Gorilla-Stammzellen stellten Forscher Organoide des Gorilla-Gehirns her. „Gorillas sind eine vom Aussterben bedrohte Art. Wir wissen sehr wenig über ihre Gehirnentwicklung. Aus Stammzellen hergestellte Organoide bieten eine Möglichkeit, ihre Gehirnentwicklung zu untersuchen, ohne überhaupt mit der Art zu interagieren“, sagt Dr. Albert.

Durch den Vergleich der Wirkung von Epiregulin in Organoiden des Gehirns von Menschen und Gorillas stellte das Team fest, dass die Zugabe von Epiregulin zu Organoiden des Gehirns von Gorillas die Stammzellenexpansion steigern kann. Allerdings hatte die Zugabe von mehr Epiregulin zu Organoiden des menschlichen Gehirns nicht den gleichen Effekt. Dies kann daran liegen, dass sich der menschliche Neocortex bereits sehr stark ausgedehnt hat.

„Im Gegensatz zu zuvor identifizierten Faktoren scheint Epiregulin per se nicht spezifisch für den Menschen zu sein. Stattdessen scheint die Menge des Wachstumsfaktors der entscheidende Regulator der Artenunterschiede zu sein“, schließt Dr. Albert.

Diese Studie erweitert nicht nur unser Verständnis der Einzigartigkeit des Menschen, sondern unterstreicht auch die Bedeutung neuer Technologien, die ethische, nicht-invasive Ergänzungen zur Tierforschung bieten.