Sehr viel mehr als zuvor – über 400 unterschiedliche Typen von Nervenzellen erzeugt

Nervenzelle ist nicht gleich Nervenzelle. Je nachdem, wie fein man unterteilt, gibt es nach neusten Berechnungen im menschlichen Gehirn mehrere Hundert bis mehrere Tausend verschiedene Typen von Nervenzellen. Sie unterscheiden sich unter anderem in ihrer Funktion, der Anzahl und L?nge ihrer Zellforts?tze und ihrer Vernetzung. Auch sind die von ihnen in die Synapsen freigesetzten Neurobotenstoffe unterschiedlich, und je nach Region im Gehirn ¨C etwa der Grosshirnrinde oder dem Mittelhirn ¨C sind andere Zelltypen aktiv.

Wenn Wissenschaftler:innen bisher f¨¹r ihre Experimente in der Petrischale aus Stammzellen Nervenzellen herstellten, dann war es ihnen nicht m?glich, diese riesige Vielfalt zu ber¨¹cksichtigen. Forschende haben bisher Protokolle entwickelt, um in vitro einige wenige Dutzend verschiedene Nervenzelltypen herzustellen. Dies gelang ihnen, indem sie mit Gentechnik oder durch die Zugabe von Signalmolek¨¹len bestimmte zellul?re Signalwege aktivierten. An die Vielfalt der Hunderten oder Tausenden Nervenzelltypen kamen sie jedoch nie heran.

?Aus Stammzellen hergestellte Neuronen werden regelm?ssig verwendet, um Krankheiten zu erforschen. Bisher haben Forschende dabei aber oft ignoriert, mit welchen Neuronentypen sie genau arbeiten?, sagt Barbara Treutlein, Professorin am Departement f¨¹r Biosysteme der ETH Z¨¹rich in Basel. Allerdings sollte man das nicht. ?Wenn man Zellkulturmodelle f¨¹r Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Depressionen entwickeln will, muss man ber¨¹cksichtigen, welcher Typ von Nervenzelle in die Krankheit involviert ist.?

Systematisches Screening f¨¹hrte zum Erfolg

Treutlein und ihrem Team ist es nun gelungen, ¨¹ber 400 verschiedene Typen von Nervenzellen herzustellen. Damit legen die Wissenschaftler:innen die Basis f¨¹r eine k¨¹nftig pr?zisere neurologische Grundlagenforschung mittels Zellkulturexperimenten.

Die ETH-Forschenden arbeiteten dazu mit einer Kultur von umprogrammierten menschlichen Stammzellen, die zuvor aus Blutzellen gewonnen worden waren. In diesen Zellen aktivierten sie mittels Gentechnik bestimmte Steuerungs-Gene und sie behandelten die Zellen mit verschiedenen Stoffen, die der Signalmolek¨¹l-Klasse der Morphogene angeh?ren. Treutlein und ihr Team gingen systematisch vor und setzten in ihren Experimenten sieben Morphogene in unterschiedlichen Kombinationen und Konzentrationen ein. So kamen fast 200 verschiedene Versuchsbedingungen zustande.

Dass sie in ihrem Experiment aus Stammzellen ¨¹ber 400 verschiedene Nervenzelltypen gewinnen konnten, zeigten die Forschenden anhand verschiedener Analysen: Sie untersuchten die RNA (und damit die Genaktivit?t) auf der Ebene einzelner Zellen ebenso wie das Aussehen der Zellen und ihre Funktion: etwa wie viele und welche Art von Zellforts?tzen sie besitzen und welche elektrischen Nervenimpulse sie abgeben.

Die Forschenden verglichen ihre Daten dann mit Informationen aus Datenbanken von Neuronen aus dem menschlichen Gehirn. So konnten sie bestimmen, um welche Typen von Nervenzellen es sich dabei handelt, etwa um solche des peripheren Nervensystems, des Gehirns und von wo im Gehirn, ob sie Schmerzen, K?lte oder Bewegung wahrnehmen und so weiter.

In-vitro-Neuronen f¨¹r Wirkstoffforschung

Treutlein stellt klar, dass sie noch l?ngst nicht alle Typen von Nervenzellen, die es gibt, in vitro erzeugt haben. Dennoch liegt den Forschenden nun im Vergleich zu vorher eine riesige Zahl an unterschiedlichen Zelltypen vor.

Mit ihren In-vitro-Nervenzellen m?chten die Forschenden Zellkulturmodelle entwickeln, um bedeutende neurologische Erkrankungen wie Schizophrenie, Alzheimer, Parkinson, Epilepsie, Schlafkrankheiten oder Multiple Sklerose zu erforschen. Solche Zellkulturmodelle sind auch f¨¹r die Pharmaforschung ?usserst interessant, um in Zellkultur und ohne Tierversuche die Wirkung neuer Wirkstoffmolek¨¹le zu testen, mit denen diese Krankheiten dereinst geheilt werden sollen.

Eine weitere k¨¹nftige Anwendung k?nnte die Zellersatztherapie sein, bei der kranke oder abgestorbene Nervenzellen des Gehirns durch neue menschliche Zellen ersetzt werden.

Zun?chst gilt es aber noch eine Herausforderung zu meistern: In ihren Experimenten erhielten die Forschenden oft eine Mischung aus mehreren Nervenzelltypen. Sie arbeiten nun daran, ihre Methode so zu optimieren, dass pro Versuchsbedingung nur noch ein definierter Zelltyp entsteht. Erste Ideen, wie das m?glich sein wird, haben sie bereits.