Experimente am menschlichen Gehirn sind üblicherweise aus ethischen Gründen stark eingeschränkt. Um Erkrankungen wie Autismus, Schizophrenie und Co besser zu verstehen, behelfen sich Forschende deshalb teils mit sogenannten Hirn-Organoiden – dreidimensionale Gebilde, die aus menschlichen Stammzellen gezüchtet wurden und Teile des Gehirns nachbilden. Doch in der Petrischale fehlen wichtige Randbedingungen, darunter eine Blutversorgung und Input vom Körper.
Um diese Limitationen zu überwinden, hat ein Team um Sergiu Pasca von der Stanford University bereits früher menschliche Hirn-Organoide in neugeborene Ratten transplantiert. Tatsächlich entwickelten sich die menschlichen Mini-Gehirne in den Ratten deutlich besser als in der Petrischale, allerdings mit einer wichtigen Einschränkung: „Neuronen von Nagetieren entwickeln sich schneller als menschliche Neuronen, sodass die rasch reifende Wirtsumgebung die Entwicklung der Transplantate begrenzt“, erklären Pasca und seine Kollegen.
Freiraum im Mäusehirn
Für ihre aktuelle Studie haben Pasca und sein Team deshalb zunächst im Gehirn der Empfängertiere Platz geschaffen: Sie veränderten Mäuse genetisch so, dass ihnen fast die komplette Großhirnrinde fehlte. Obwohl die auf diese Weise erzeugten Tiere nur zwei Prozent des normalerweise vorhandenen kortikalen Gewebes besaßen, waren sie lebensfähig und entwickelten sich weitgehend normal. Nur ihr Körpergewicht blieb etwas geringer als bei ihren unveränderten Artgenossen, ihr Gang war etwas unsicherer und sie schwächelten bei Gedächtnistests. Wo sich eigentlich ihre Großhirnrinde befunden hätte, war ein flüssigkeitsgefüllter Hohlraum in ihrem Schädel.
In diesen Hohlraum pflanzten die Forschenden den neugeborenen Mäusen Hirn-Organoide ein, die sie aus Zellen von menschlichen Spendern gezüchtet hatten. Ohne die Konkurrenz durch mäuseeigene Hirnzellen entwickelten sich die menschlichen Hirnanteile gut. Sie vernetzten sich mit dem Gehirn und Rückenmark der Mäuse und bildeten funktionsfähige neuronale Netzwerke. Drei Monate nach der Transplantation machten sie mehr als 90 Prozent des kortikalen Volumens der Versuchstiere aus. In Verhaltenstests verhalf das menschliche Hirngewebe den Mäusen zu einer besseren Leistung als ihren Artgenossen, bei denen die Großhirnrinde ohne menschlichen Ersatz fehlte – auch wenn sie nicht ganz an die unveränderten Mäuse herankamen.
Wie sich Sauerstoffentzug auswirkt
Aus Sicht der Forschenden könnten die menschlichen Hirn-Organoide in Mäusen hilfreich sein, um neuronale Erkrankungen des Menschen besser zu verstehen. Als Proof-of-Concept demonstrierten Pascu und seine Kollegen, wie sich Sauerstoffmangel auf das menschliche Gehirn auswirkt. Dazu setzten sie einige der Versuchstiere fünf Stunden lang einer Sauerstoffunterversorgung aus. Das führte zu erheblichen Schäden an den menschlichen Anteilen ihres Gehirns. In der Folge konnten die Mäuse kaum noch laufen oder ihr Gleichgewicht halten – ähnlich wie Kinder, die durch Sauerstoffmangel bei der Geburt eine Zerebralparese erlitten haben.
Mäuse ohne menschliche Hirnanteile steckten den Sauerstoffmangel dagegen ohne größere Probleme weg. „Die Erforschung der Ursachen für diesen Unterschied könnte Hinweise auf die Anfälligkeit menschlicher Nervenzellen gegenüber Sauerstoffmangel liefern, Aufschluss über die Mechanismen geben, die der Zerebralparese zugrunde liegen, und eine Plattform für die Erprobung potenzieller therapeutischer Strategien bieten“, sagt Pasca.
Auch bei anderen neurologischen Erkrankungen könnte das neue Mausmodell laut Pasca einen erheblichen Erkenntnisgewinn liefern, beispielsweise bei Autismus, Schizophrenie und Epilepsie. „Neurowissenschaftler werden in der Lage sein, viel mehr über die Ursachen und Mechanismen von neurologischen Entwicklungsstörungen und schwangerschaftsbedingten Störungen zu erfahren und mögliche Interventionen zu testen, um diese zu beheben oder zu verhindern“, sagt er. So ist es beispielsweise möglich, Hirn-Organoide mit dem genetischen Profil eines spezifischen Patienten zu erzeugen und im Mausmodell zu ergründen, wo das Problem liegt und wie es sich beheben lässt.
Chimären werfen ethische Fragen auf
Bei allem potenziellen Nutzen wirft die Forschung allerdings auch ethische Fragen auf. Aus wissenschaftlicher Sicht ist es zwar wünschenswert, dass die Organoide so nah wie möglich an ein echtes menschliches Gehirn herankommen, doch je besser sie werden, desto problematischer ist die Forschung an ihnen. „Die Erzeugung von Mäusen mit einer ausgereifteren kortikalen Organisation erfordert ein frühzeitiges und proaktives Engagement zur Festlegung ethischer Leitlinien“, betonen die Forschenden. Dazu sei eine enge Zusammenarbeit zwischen Fachleuten aus Ethik und Forschung sowie Patientenvertretungen und Aufsichtsbehörden wichtig.
Doch auch, wenn sich die Forschung zukünftig womöglich in einem ethischen Grenzbereich befinden könnte, sieht Pasca eine moralische Verpflichtung, sie fortzuführen: „Hunderte Millionen von Menschen leiden an neurologischen Erkrankungen, die heute unheilbar sind, aber morgen durch Behandlungen geheilt werden könnten, die wir mithilfe dieses Modells entdecken“, sagt er. „Angesichts ihres Leidens ist die Frage nicht nur, ob es unethisch sein könnte, die Forschung voranzutreiben, sondern auch, ob es unethisch wäre, sie nicht durchzuführen.“
Quelle: Sergiu Pasca (Stanford University, Kalifornien, USA) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-026-11032-2
