Wissenschaftler gelingt es, funktionierendes menschliches Gehirngewebe mittels 3D-Druck zu erschaffen

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität von Wisconsin–Madison hat es geschafft, das erste 3D-Gehirngewebe zu erschaffen, das wachsen und funktionieren kann wie typisches Gehirngewebe.

Diese Errungenschaft ist von großer Bedeutung für Forscher, die das Gehirn studieren und an Behandlungen für verschiedene neurologische und neuroentwicklungsbezogene Störungen arbeiten, wie die Alzheimer- und Parkinson-Krankheit.


"Dieses Modell könnte extrem mächtig sein, um zu verstehen, wie Gehirnzellen und Gehirnteile beim Menschen kommunizieren", erklärt Su-Chun Zhang, Professor für Neurowissenschaften und Neurologie am Waisman Center der UW-Madison. "Das könnte unsere Sichtweise auf die Biologie der Stammzellen, die Neurowissenschaften und die Pathogenese vieler neurologischer und psychiatrischer Störungen verändern."

Die Druckmethoden begrenzten den Erfolg der bisherigen Versuche, Gehirngewebe zu drucken, nach Su-Chun Zhang und Yuanwei Yan, einem Wissenschaftler desselben Labors. Die Gruppe, die diesen neuen 3D-Druckprozess entwickelt hat, beschrieb ihre Methode im Journal Cell Stem Cell.

Anstatt das Gewebe schichtweise vertikal aufzubauen, verwendete das Team hier einen horizontalen 3D-Druck, was eine genauere Wiedergabe der dreidimensionalen Komplexität des menschlichen Gehirns ermöglicht. Diese Technik erlaubt eine realistischere zelluläre Kommunikation zwischen den verschiedenen Gehirnregionen und spiegelt besser wider, wie Zellen in einer natürlichen biologischen Umgebung interagieren.

Dieses gedruckte Gehirngewebe könnte verwendet werden, um die Signalübertragung zwischen Zellen bei Down-Syndrom zu studieren, die Interaktionen zwischen gesundem Gewebe und angrenzendem, von Alzheimer betroffenem Gewebe zu untersuchen, neue Medikamentenkandidaten zu testen oder das Wachstum des Gehirns zu beobachten.

"In der Vergangenheit haben wir häufig nur eine Sache gleichzeitig betrachtet, was bedeutet, dass wir oft kritische Komponenten verpassen. Unser Gehirn arbeitet in Netzwerken. Wir wollen das Gehirngewebe so drucken, weil Zellen nicht alleine funktionieren. Sie kommunizieren miteinander. So funktioniert unser Gehirn, und es muss ganzheitlich untersucht werden, um es wirklich zu verstehen", erklärt Su-Chun Zhang. "Unser Gehirngewebe könnte verwendet werden, um fast alle wichtigen Aspekte zu untersuchen, an denen viele Leute am Waisman Center arbeiten. Es kann verwendet werden, um die molekularen Mechanismen, die der Gehirnentwicklung, der menschlichen Entwicklung, Entwicklungsbehinderungen, neurodegenerativen Störungen und mehr zugrunde liegen, zu untersuchen."

Die neue Drucktechnik sollte auch für viele Labore zugänglich sein. Sie erfordert kein spezialisiertes biologisches Druckgerät oder Kultivierungsmethoden, um das Gewebe gesund zu halten, und kann mit Mikroskopen, Standardbildgebungstechniken und Elektroden, die bereits im Felde üblich sind, gründlich untersucht werden.

Die Forscher möchten nun das Potenzial der Spezialisierung erforschen, ihre biologische Tinte weiter verbessern und ihr Gerät verfeinern, um spezifische Zellausrichtungen in ihrem gedruckten Gewebe zu ermöglichen.