Gehirn-Organoide zeigen im Detail die Schäden von

Gehirn-Organoide zeigen im Detail die Schäden von

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Bild: Im Labor gezüchtete Organoide des Gehirns helfen Forschern, frühe Stadien der Entwicklung des menschlichen Gehirns zu erforschen.
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Bildnachweis: Gesundheitswissenschaften der UC San Diego

Alkoholkonsum während der Schwangerschaft stellt eine erhebliche Gefahr für die gesunde Entwicklung des ungeborenen Kindes dar. Es gibt keine bekannte sichere Menge an Alkohol während der Schwangerschaft.

Die Folgen einer pränatalen Alkoholexposition (PAE) spiegeln sich in den verschiedenen Diagnosen wider, die unter dem Dach der fetalen Alkoholspektrumstörungen auftauchen. An einem Ende des Spektrums definieren Wachstumsdefizite und körperliche Unterschiede das fetale Alkoholsyndrom (FAS), aber in den meisten Fällen führen irreversible Hirnschäden auch ohne körperliche Auswirkungen zu Verhaltens- und Lernschwierigkeiten. Experten schätzen, dass 1,1 bis 5 Prozent der US-amerikanischen Schulkinder – bis zu 1 von 20 – von PAE betroffen sein können, wobei ein gewisser Prozentsatz an FAS leidet.

Obwohl die klinischen Auswirkungen von Störungen des fetalen Alkoholspektrums gut dokumentiert sind, sind die genauen molekularen Auswirkungen auf die menschliche fetale Großhirnrinde nicht vollständig verstanden. In einer neuen Studie, veröffentlicht am 16. November 2022 in Molekulare Psychiatrieverwendeten Forscher der University of California San Diego School of Medicine menschliche Gehirnorganoide, um genauer zu dokumentieren, wie Alkoholexposition die Entwicklung und Funktion neuer Gehirnzellen beeinträchtigt.

„Die Ergebnisse unterstreichen die breite Bedrohung des fötalen Gehirns durch Alkoholexposition. Der zugefügte Schaden ist tiefgreifend und umfangreich“, sagte Alysson R. Muotri, PhD, Professorin in den Abteilungen für Pädiatrie und Zellular- und Molekularmedizin an der UC San Diego School of Medicine.

Muotri ist Co-korrespondierender Autor der Studie mit Cleber A. Trujillo, einem ehemaligen Projektwissenschaftler in Muotris Labor und jetzt stellvertretender Direktor für Stammzellbiologie bei Vesalius Therapeutics mit Sitz in Massachusetts.

Unter Verwendung humaninduzierter pluripotenter Stammzellen schufen Muotri und Kollegen dreidimensionale Hirnorganoide, die sich ähnlich entwickeln wie die menschliche fötale Kortikogenese – die Bildung der äußeren Schichten des Gehirns, die viele hochrangige Funktionen wie Denken, bewusstes Denken und emotionale Kontrolle beherbergen und Rede.

Die Alkoholexposition an verschiedenen Stellen der fötalen Gehirnentwicklung führte zu unterschiedlichen, aber ausnahmslos negativen Auswirkungen, von grundlegender Dysfunktion zellulärer Prozesse bis hin zu fehlerhaftem Aufbau der Gehirnarchitektur und unzureichender Bildung von Stützzellen (Gliogenese) und Verbindungen zwischen Gehirnzellen (Synaptogenese).

Die Forscher führten anschließend elektrophysiologische Aufzeichnungen durch, um elektrische Aktivitätsmuster in den kortikalen Organoiden zu überwachen und die beeinträchtigte kortikale Organoidfunktion zu dokumentieren und zu bestätigen.

Die Autoren sagten, die Ergebnisse verbessern sich gegenüber früheren Studien mit Tiermodellen.

„Sie überwinden die suboptimale Rekapitulation nichtmenschlicher Modelle“, sagte Co-Autor Miguel Del Campo, MD, PhD, außerordentlicher Professor an der UC San Diego School of Medicine und medizinischer Genetiker am Rady Children’s Hospital-San Diego. „Tatsächlich zeigen sie, dass Organoide ein wertvolles Modell sind, um die Auswirkungen einer Alkoholexposition auf das sich entwickelnde menschliche Gehirn besser, vollständiger und tiefer einzuschätzen.“

Co-Autor Kenneth L. Jones, MD, Professor für Pädiatrie an der UC San Diego School of Medicine, erklärte: „Das ist entscheidend, weil wir besser sehen können, welche prominenten Wachstums- und Signalwege gestört sind, und vielleicht neue Ziele entdecken, die therapeutisch behindert oder verhindert werden können Die Neuropathologie der vorgeburtlichen Alkoholexposition. Die gute Nachricht ist, dass einige dieser Veränderungen mit bestimmten experimentellen Medikamenten rückgängig gemacht werden konnten.“

Zu den Co-Autoren gehören: Jason W. Adams, Priscilla D. Negraes, Justin Truong, Timothy Tran, Ryan Szeto, Carmen Teodorof und Stephen A. Spector, alle an der UC San Diego.

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