Im Labor gezüchtete Mini-Gehirne könnten helfen, Behandlungen für Alzheimer und andere Krankheiten zu finden

Um zu beurteilen, ob eine Verbindung für die Behandlung einer Krankheit vielversprechend ist, untersuchen Forscher normalerweise zunächst ihre Verwendung bei Tieren. So können wir sehen, ob die Verbindung eine Chance hat, die Krankheit zu heilen.

Tiermodelle reproduzieren jedoch selten alle Aspekte einer Krankheit. Die Alternative ist die Darstellung der Krankheit in Zellkulturen. Während Petrischalen auf den ersten Blick ganz anders aussehen als bei einem erkrankten Menschen, könnte die Realität bei genauerem Hinsehen ganz anders aussehen.



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Alzheimer wurde mehr als geheilt 400 Mal in Labors. Wie können wir dann noch Alzheimer für unheilbar halten? Der Grund ist, dass es nur geheilt wurde bei Tieren.

Eine Maus entwickelt Alzheimer nicht auf natürliche Weise, es muss induziert werden. Dazu nutzen Wissenschaftler unser begrenztes Wissen darüber, was Alzheimer auslöst, und reproduzieren es in Mäusen. Kurz gesagt, diese Mäuse haben kein Alzheimer: Sie haben unsere fehlerhafte Vorstellung von Alzheimer.

Als Doktorandin in Psychologie absolvierte ich ein Forschungspraktikum am Gesundheitszentrum der Universität von Montreal (CHUM) im Labor von Professor Nicole Leclerc mit dem Ziel, neue Modelle zur Erforschung von Alzheimer zu entwickeln und gleichzeitig unsere begrenzten Theorien über die Krankheit zu verwerfen.

In der modernen Wissenschaft eine neue, ungetestete Verbindung kann nicht zur Behandlung einer menschlichen Krankheit verwendet werden weil es ein unannehmbares Risiko darstellt. Daher wird ein Krankheitsmodell, das unsere Beobachtungen der Krankheit beim Menschen repliziert, verwendet, um zu testen, ob die neue Verbindung vielversprechend ist. Krankheitsmodelle, an denen oft Tiere beteiligt sind, ermöglichen es Forschern, Behandlungen und Diagnoseinstrumente zu entwickeln. Sie geben uns auch die Möglichkeit, das besser zu verstehen Prozesse hinter der untersuchten Krankheit. Modelle sind ein wesentliches Werkzeug in der biomedizinischen Wissenschaft.

Krankheitsmodelle der Zukunft

Das Studium einer Krankheit wäre einfacher, wenn wir die Zellen, die nicht mehr richtig funktionieren, direkt beobachten und darauf reagieren könnten. Im Fall von Alzheimer ist es unmöglich, einer lebenden Person ein Stück Gehirn zu entnehmen, um an den Neuronen darin zu experimentieren.

Ich arbeite jedoch daran, eine Technik zu entwickeln, die diesem Prozess sehr nahe kommt. Indem ich dem Patienten ein kleines Stück Haut entnehme, kann ich die Zellen in einer Petrischale züchten und sie in etwa einem Monat in Neuronen verwandeln.

Während die Petrischale auf den ersten Blick ganz anders aussieht als ein erkrankter Mensch, könnte die Realität bei genauerem Hinsehen ganz anders aussehen.
(Shutterstock)

Die Methode macht sich zunutze, dass alle Zellen im Körper eines Menschen den gleichen genetischen Code haben. Was eine Hautzelle von einem Neuron unterscheidet, sind einfach die Gene, die die Zelle exprimiert. Das heißt, ich kann eine Hautzelle zwingen, typische neuronale Gene zu exprimieren, sodass sie sich nach und nach in ein Neuron verwandelt.

Diese Neuronen behalten die Zeichen des Alterns bei, die für die Untersuchung altersbedingter Krankheiten von entscheidender Bedeutung sind. Die Vorteile liegen auf der Hand: Man kann aus einem Alzheimer-Patienten eine Kolonie menschlicher Neuronen herstellen. Die Neuronen von Alzheimer-Patienten entwickeln sich dann Alzheimer-Eigenschaftenwas es einfacher macht, die Krankheit zu studieren.

Das Neuron funktioniert jedoch nicht in einem Vakuum; andere Zelltypen interagieren damit. Um eine neuronale Kultur zu verbessern, können Forscher das Konzept noch weiter vorantreiben, indem sie produzieren Organoide. Dies sind Zellkulturen, die mehrere Arten von Zellen umfassen. Ein Gehirn-Organoid könnte die Gehirnfunktion genauer nachbilden und ein besseres Modell für Erkrankungen des Nervensystems sein.

Vielseitige Krankheitsmodelle

Wenn eine Zelle bei einer Person mit einer bestimmten Krankheit abnormal funktioniert, werden wir versuchen, ihr Verhalten zu verstehen. Indem wir ein Modell der Krankheit beobachten, können wir herausfinden, ob diese abnormale Funktion derjenigen ähnelt, die in den Gehirnen tatsächlicher Patienten beobachtet wird. Wenn ja, können wir versuchen, die Zellfunktion in unserem Modell zu modifizieren, um zu sehen, ob es einen positiven Effekt gibt.

Die primäre Funktion von Modellen besteht darin, das Studium einer Krankheit zu erleichtern. Ein gutes Modell muss die Krankheit möglichst zuverlässig abbilden. Wenn ein Modell als ausreichend repräsentativ für die Krankheit angesehen wird, kann es in präklinischen Studien verwendet werden, um zu überprüfen, ob eine Verbindung das Potenzial hat, sie zu heilen, ohne schädlich zu sein.

Wenn die Krankheit durch das Modell gut reproduziert wird, können die Forscher davon ausgehen, dass eine Behandlung, die daran arbeitet, wahrscheinlich bei Menschen mit der Krankheit wirkt. Zellkulturen und Organoide von Patienten sind deshalb besonders vielversprechend. Auch wenn wir nicht alle Merkmale einer Krankheit kennen, besteht die Chance, dass diese auch in den Modellen nachgebildet werden.

Da diese Modelle von echten Patienten stammen, könnten sie in Zukunft für einen dritten einzigartigen Zweck verwendet werden: Personalisierte Medizin. Patienten mit der gleichen Krankheit sind heterogen und werden möglicherweise nicht in gleicher Weise auf eine Behandlung angesprochen. Wenn es mehrere Arten von Therapien gibt, verlassen wir uns auf Versuch und Irrtum, um die beste für jeden Patienten zu finden.

Im Jahr 2021 zeigte das Team von Kimberly K. Leslie an der University of Iowa, dass Organoide dieses Problem beheben könnten. Sie verwendeten Endometrium- und Eierstockkrebsgewebe von Patientinnen, um Organoide herzustellen, zeigen ihr Potenzial zur Bewertung verschiedener Behandlungen. Im selben Jahr demonstrierte ein Team aus Singapur und Hongkong, dass Organoide verwendet werden können das Ansprechen von Nasen-Rachen-Tumoren auf die Strahlentherapie vorherzusagen und die Dosis anzupassen.

Diese Methode kann es ermöglichen, in viel kürzerer Zeit die erfolgversprechendste Behandlung für eine Person auszuwählen. Es wurde jedoch nur in Tiermodellen und Zellextrakten getestet, und seine Machbarkeit beim Menschen muss noch bewiesen werden.

Vielversprechende, aber unvollkommene Modelle

Eine Behandlung, die in einem Krankheitsmodell funktioniert, funktioniert nicht unbedingt beim Menschen. Genau aus diesem Grund wurde Alzheimer, oder zumindest seine Rekonstruktion in einem Versuchstiermodell, mehr als 400 Mal „geheilt“, aber nicht beim Menschen.

Ebenso ist es möglich, dass Verbindungen, die das Fortschreiten von Alzheimer verlangsamen, diese Tiere nicht heilen konnten und verworfen wurden. Bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer ist die Erstellung eines repräsentativen Modells besonders komplex, da die Krankheit keine einzelne Ursache hat. Wir wissen von Hunderte von Prozessen, von denen angenommen wird, dass sie durch Alzheimer dereguliert werdendie das Nerven-, Herz-Kreislauf- und Immunsystem einbezieht.

In Zellkulturen lassen sich diese Wechselwirkungen noch nicht reproduzieren. Auch wenn zukünftige Modelle es Forschern ermöglichen, die Krankheit besser darzustellen und vielleicht Behandlungen zu entdecken, werden sie immer unvollkommen sein. Das Finden eines Heilmittels in einem Modell wird also nie dasselbe sein wie das Finden eines Heilmittels für eine Krankheit.

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