Um die Parkinson-Krankheit besser zu verstehen, verwenden Forscher des Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) Hautzellen, die von Parkinson-Patienten gespendet wurden. Diese Zellen werden verwendet, um sogenannte Organoide – auch „Mini-Gehirne“ genannt – zu erzeugen, mit denen im Labor die mit der Krankheit verbundenen molekularen Mechanismen untersucht werden können. Auf dem digitalen NCER-PD Sommerfest erklärte Prof. Jens Schwamborn in seinem Vortrag, wie Forscher diese dreidimensionalen Strukturen erzeugen können und warum sie einen wertvollen Beitrag in der Forschung leisten.
Aus Hautbiopsien werden lebende Zellen der Patienten extrahiert und mit bestimmten Substanzen behandelt, um sie in Stammzellen umzuwandeln - ein Zelltyp, der wiederum in viele andere Zelltypen differenziert werden kann. Unter anderem können aus diesen Zellen Neurone entstehen, die bei der Parkinson-Krankheit typischerweise betroffen sind. Aus den im Labor hergestellten Nervenzellen können dann im weiteren Verlauf dreidimensionale Organoid-Strukturen generiert werden. Obwohl diese Organoide nicht alle Funktionen eines echten Gehirns abbilden können, weisen sie dennoch im Vergleich zu einem vollständigen Gehirn einige Ähnlichkeiten in der Struktur auf.
„Die Entdeckung dieser Technologie war ein großer Fortschritt auf dem Gebiet der Zell- und Entwicklungsbiologie“, erklärt Prof. Schwamborn. "Wir können sie dazu verwenden, um die molekularen Mechanismen des Gehirns mithilfe eines experimentellen Modells im Labor zu verstehen und Medikamente zur Behandlung der Parkinson-Krankheit zu entwickeln", fährt er fort.
Der Hauptvorteil bei diesem Ansatz liegt dabei vor allem in der direkten Arbeit mit Zellen von Patienten. Mit der Methode können patientenspezifische Zellkulturen untersucht werden, ohne dass direkte neuronale Proben des Patienten entnommen werden müssen. Gleichzeitig ermöglicht sie den Wissenschaftlern, ihre Ergebnisse direkt mit einer spezifischen Diagnose und dem genetischen Hintergrund der Patienten zu verbinden.
„Bei der Verwendung von Hautproben von Patienten mit einer mit Parkinson assoziierten genetischen Mutation können wir deutliche Unterschiede zu Kontrollproben feststellen“, erklärt Prof. Schwamborn. "In unseren Experimenten können wir dann verschiedene Medikamente testen und die Auswirkungen einer potentiellen Behandlung eines bestimmten Krankheitsverlaufs untersuchen."
Dank der Organoide können Wissenschaftler nun auch einen weiteren wichtigen Aspekt unter die Lupe nehmen: Die Komplexität des menschlichen Gehirns. Neben Neuronen, die für die Signalübertragung und damit für die Funktion des Gehirns verantwortlich sind, finden sich im Gehirn auch viele andere Zelltypen. Diese unterstützen die Neuronen in ihrer Funktion, liefern Nährstoffe oder regulieren ihre Funktion. Daher wollen die Forscher nun auch diese Zelltypen in die Mini-Gehirne integrieren, um das Modell realistischer zu gestalten und weitere Ansatzpunkte für die Behandlung der Krankheit zu erhalten.
Die vollständige Präsentation von Prof. Schwamborn auf dem NCER-PD-Sommerfest 2020 ist in diesem Video zu sehen.