US-Forscher aus Illinois haben erstmals dem lebenden Neuronengewebe eine 3D-Geometrie gegeben, die optogenetisch ist und sich mit blauem Licht aktivieren lässt. In der Optogenetik koppeln Wissenschaftler lichtempfindliche Proteine durch genetische Manipulation an andere Proteine und erzeugen so zum Beispiel Nervenzellrezeptoren, die sich mit Licht steuern lassen. Diese Gewebe könnten dafür eingesetzt werden, komplexe Vorgänge im Gehirn zu studieren und wie diese Gewebe mit neu entwickelten Medikamenten interagieren. Das könnte auch dazu führen, dass in Zukunft weniger Tiere für Versuche eingesetzt werden. Die Wissenschaftler haben erfolgreich Stammzellen eingesetzt, um lebendes biohybrides Nervengewebe herzustellen. Ziel war die Produktion von 3D-Modellen neuronaler Netzwerke, um ein besseres Verständnis der Funktion des Gehirns und dieser Verbindungen zu erreichen.

Forschungsziel war die Produktion von 3D-Modellen neuronaler Netzwerke

Erstautor Gelson Pagan-Diaz, vom Department of Bioengineering, der University of Illinois at Urbana-Champaign, vergleicht das hergestellte Gewebe mit der Verarbeitungseinheit eines Computers, der die Grundprinzipien der heutigen Supercomputer liefert. Die Möglichkeit, dreidimensionales Gewebe aus Neuronen herzustellen, könnte die Erzeugung von Gewebemodellen für Drogen-Screening oder Verarbeitungseinheiten für biologische Computer begünstigen. Diese Modelle helfen zu verstehen, wie sich Anomalien bilden. Ein besseres Verständnis wird dadurch auch für Krankheiten wie Alzheimer erwartet.

Für die Studie haben die Wissenschaftler Nachahmungen neuronalen Gewebes entwickelt, das verschiedene Formen annehmen kann. Das Forscherteam nutzte Hydrogele und Fibrin, um Strukturen von der Größe von Millimetern bis Zentimetern zu schaffen, die über keine starren Gerüste verfügen. Nach Pagan-Diaz, soll eine Weiterentwicklung des Verfahrens ermöglichen, die Vorgänge im Gehirn nachzubilden. "Wenn wir nachgewiesen haben, dass das außerhalb des Körpers hergestellte Gewebe dem im Körper ähnlich ist, können wir diese Strukturen nach Belieben herstellen", so Pagan-Diaz weiter. Neben Medikamententests ist das Team vor allem daran interessiert, herauszufinden, wie die Netzwerke des Gehirns bei der Entwicklung von Lernen und Gedächtnis funktionieren.

Originalarbeit

Engineering geometrical 3-dimensional untethered in vitro neural tissue mimic