Neuronales 3D-Modell erstmals hergestellt

Forscher der University of Illinois at Urbana-Champaign haben erfolgreich Stammzellen eingesetzt, um lebendes biohybrides Nervengewebe herzustellen. Das ist auch ein Schritt in Richtung biologische Computer. [...]

Ziel der Forscher war die Produktion von 3D-Modellen neuronaler Netzwerke, um ein besseres Verständnis der Funktion des Gehirns und dieser Verbindungen zu erreichen.

Basis für Biocomputer

Erstautor Gelson Pagan-Diaz 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.

Die Forscher haben dem lebenden Neuronengewebe eine 3D–Geometrie gegeben, die optogenetisch ist und sich mit blauem Licht aktivieren lässt. 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.

Hydrogele sowie Fibrin

Für die Studie haben die Wissenschaftler Nachahmungen neuronalen Gewebes entwickelt, das verschiedene Formen annehmen kann. Das Team nutzte Hydrogele und Fibrin, um Strukturen von der Größe von Millimetern bis Zentimetern zu schaffen, die über keine starren Gerüste verfügen. Laut 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. Neben Medikamententests ist das Team vor allem daran interessiert, herauszufinden, wie die Netzwerke des Gehirns bei der Entwicklung von Lernen und Gedächtnis funktionieren. Die Ergebnisse wurden in den „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht.