Durchbruch: Gehirnorganoid bildet menschliche Kortexbereiche nach

Forschende um Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften haben eine neue Method entwickelt, mit der Wissenschaftler Hirnorganoide mit ausgeprägten kortikalen Bereichen erzeugen.

Diese kugelförmige Struktur unterscheidet sich deutlich vom länglichen menschlichen Kortex, der von hinten nach vorne in verschiedene Bereiche unterteilt ist, die jeweils eine bestimmte Funktion erfüllen. Daher hat das Team nun ein neues Protokoll entwickelt, um Hirnorganoide zu erzeugen, die entlang der Längsachse in spezifische Bereiche unterteilt sind.

Experimentelle Plattform für die Gehirnforschung

Während der Entwicklung wird das sich bildende Gehirn durch verschiedene Signalmoleküle, so genannte Morphogene, strukturiert. Bei der neu präsentierten Methode stellten die ForscherInnen zunächst lange lineare Organoide her. Diese linearen Organoide wurden dann durch Fusion mit einem Zellhaufen, der einen Faktor namens FGF8 produziert, strukturiert. Diese einzige, asymmetrische Quelle von FGF8 sorgt für die Genexpression und die Segregation der Zellen entlang der Längsachse der Organoide, ähnlich dem Muster, das im menschlichen Kortex zu sehen ist. „Wir sind in der Lage, diese Polarität konsistent entlang der gesamten Längsachse des Organoids zu erzeugen“, erklärt Jürgen Knoblich, Senior Group Leader am IMBA und korrespondierender Autor der Studie.

Anschließend demonstrierten die Forschenden, wie kortikale Organoide für die Untersuchung von Hirnerkrankungen eingesetzt werden können. Bei PatientInnen mit Achondroplasie bildet sich der Temporallappen – ein Bereich des Kortex – nicht richtig aus. Diese Fehlbildungen sind mit einer Mutation in FGFR3, einem Rezeptor für das FGF8-Signal, verbunden. In den strukturierten kortikalen Organoiden führt diese Mutation in FGFR3 auch zu Veränderungen in der Struktur und Zellproliferation entlang der Längsachse. „Strukturierte Organoide sind ein Modell, um Defekte zu untersuchen, die Entwicklungsstörungen zugrunde liegen“, so Knoblich weiter. Die Organoide könnten sogar eine experimentelle Plattform sein, um die Hypothese zu testen, dass frühe Defekte in der Musterbildung für Transkriptionsveränderungen im Gehirn von Autisten verantwortlich sind. „Organoide bieten die Möglichkeit, genetische und umweltbedingte Veränderungen, die für neuropsychiatrische Störungen relevant sind, mit spezifischen frühen kortikalen Musterungsereignissen zu verbinden.“

Originalpublikation:
Jürgen Knoblich, Camilla Bosone, Veronica Krenn, Segundo Guzman, Tom Wyatt, Thomas Burkard, Sunanjay Bajaj, Joshua Bagley, Benoit Sorre, Davide Castaldi, Christina Cheroni, Nicolo Caporale, Chong Li, Emanuele Villa, Giuseppe Testa. A polarized FGF8 source specifies frontotemporal signatures in spatially oriented cell populations of cortical assembloids. Nature Methods 2024. DOI: 10.1038/s41592-024-02412-5

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