Gehirn: Cortex als Donut

Die Komplexität des Gehirns entzog sich bisher allen Versuchen, seine Struktur im Labor nachzustellen. Hirnzellen können zwar in Kulturen vermehrt werden. Doch die spezielle dreidimensionale Architektur mit der Unterteilung in graue und weiße Hirnsubstanz ließ sich bisher nicht reproduzieren. Dies gelang jetzt erstmals Forschern des Tissue Engineering Resource Center at Tufts University.

Ihr vereinfachtes Modell ähnelt einem Donut. Sein äußerer Ring besteht aus einem Maschenwerk aus Seidenproteinen, in denen sich die Neuronen von Ratten ansiedeln. Ihre Axone wuchsen in Richtung des Donut-Lochs, das die Forscher mit einem Gel aus Kollagenen gefüllt hatten. Beide Komponenten des Donuts repräsentieren graue und weiße Hirnsubstanz. Die Hirnzellen überlebten in dem einfachen Modell bis zu fünf Wochen.

„Denken“ kann das Donut-Hirn natürlich nicht. Doch die einzelnen Neuronen knüpfen offenbar Verbindungen, und sie geben elektrophysiologische und chemische Lebenszeichen von sich. Das dreidimensionale Modell eröffnet den Forschern die Möglichkeit, die Auswirkung von Noxen auf die Architektur des Gehirns zu studieren. In den ersten Experimenten untersuchte das Team von David Kaplan, wie die Hirnzellen auf ein Hirntrauma reagieren.

Dazu wurden verschiedene Gewichte auf den Donut fallen gelassen, was die elektrische und chemische Aktivität der Neuronen veränderte. Danach wurde die Wirkung eines Neurotoxins untersucht. Auch hier konnten die Forscher unmittelbare Auswirkungen auf die Hirnzellen feststellen. Bei Tiermodellen ist dies derzeit nur mit einer Verzögerung möglich.

Eine Obduktion ist nur mit zeitlicher Verzögerung möglich und führt oft zu Artefakten, die die Ergebnisse verfälschen können. Noch ist das Modell relativ primitiv. Eine Weiterentwicklung scheint aber möglich. Im neuesten Modell besteht der Donut aus sechs konzentrischen Ringen, die die einzelnen Schichten des Cortex repräsentieren. Die Forscher hoffen auf diese Weise neue Einblicke in degenerativen Hirnerkrankungen zu gewinnen.