Stanford-Forscher transplantieren menschliche Gehirnorganoide in genetisch veränderte Mäuse

Gentechnik und Organoidtransplantation

Forscher der Stanford University haben eine experimentelle Plattform entwickelt, die fehlende Hirnstrukturen bei Mäusen durch lebendes menschliches Hirngewebe ersetzt. In einer am 16. September 2026 in Nature veröffentlichten Studie veränderten Wissenschaftler unter der Leitung des Neurowissenschaftlers Sergiu Pașca Mäuse genetisch, um die Entwicklung der Großhirnrinde und des Hippocampus zu blockieren. Da die Großhirnrinde höhere kognitive Aufgaben wie Aufmerksamkeit, Sprache und Entscheidungsfindung steuert, hinterließ die Veränderung einen Hohlraum, der etwa die Hälfte des normalen Hirnvolumens ausmachte. Die Forscher gewannen dann dreidimensionale menschliche kortikale Organoide, indem sie menschliche Haut- und Blutzellen in pluripotente Stammzellen umprogrammierten. Neugeborene Mäuse erhielten mehrere gezielte Injektionen in die Schädelhöhle, wobei jede Injektion etwa 100.000 menschliche Gehirnzellen enthielt.

Integration und zelluläre Entwicklung

Die transplantierten menschlichen Zellen blieben nicht isoliert in der Schädelhöhle, sondern wuchsen und bildeten funktionelle neuronale Netzwerke im gesamten Wirtsnervensystem. In den folgenden Wochen integrierte sich das menschliche Gewebe in die Blutgefäße des Wirts und bildete axonale Projektionen, die bis ins Rückenmark der Maus reichten. Drei Monate nach dem Eingriff stammten mehr als 90 % des kortikalen Gewebes im Nagetierhirn vom Menschen ab. Das transplantierte Gewebe differenzierte sich auch in spezialisierte Zellen, die normalerweise nur beim Menschen und anderen Primaten vorkommen, darunter seltene von-Economo-Neuronen, die mit der frontotemporalen Demenz in Verbindung gebracht werden.

„In diesen Mäusen erzeugten die menschlichen Transplantate eine breite Vielfalt kortikaler Zelltypen und stellten funktionelle Verbindungen im gesamten Nervensystem der Maus her.“

Tierverhalten und Krankheitsmechanismen

Die biotechnologisch veränderten Tiere überlebten den Eingriff, weil benachbarte subkortikale Hirnstrukturen das fehlende Gewebe kompensierten. Im Alter von sechs Monaten absolvierten die Mäuse Aufgaben ähnlich wie nicht veränderte Kontrolltiere und zeigten nur geringfügige Gedächtnisdefizite sowie einen etwas vorsichtigeren Gang, der auf eine veränderte Feinmotorik zurückgeführt wurde. Das Modell bietet eine experimentelle Umgebung, um zu beobachten, wie genetische Mutationen intakte neuronale Schaltkreise beeinflussen, und geht damit über die physikalischen Grenzen flacher Petrischalen und nicht vaskularisierter Organoide hinaus. In Labortests zeigten die Forscher, dass die transplantierten menschlichen Neuronen empfindlich auf Sauerstoffmangel reagierten, einen biologischen Stressfaktor, der mit Zerebralparese, Epilepsie und Autismus während der perinatalen Entwicklung in Verbindung gebracht wird.

„Es ist, als ob die Maus ein Inkubator wäre.“

Klinische Anwendungen und ethische Aufsicht

Das Stanford-Team beabsichtigt, Zellen von Patienten mit frontotemporaler Demenz, schwerem Autismus und Schizophrenie zu gewinnen, um Kandidatenmedikamente direkt in lebendem Gewebe zu testen. Stefano Gustincich, Direktor des Zentrums für Klinische und Computergenomik am Italienischen Institut für Technologie in Aosta, erklärte, dass die Technik es Forschern ermöglichen könnte, Alterungsmechanismen zu untersuchen und zukünftige patienteneigene neuronale Transplantate zu erforschen. In Bezug auf Bedenken hinsichtlich des Tierwohls und möglicher kognitiver Veränderungen bestätigte Pașca, dass das Forschungsprojekt von Anfang an unter kontinuierlicher ethischer Aufsicht stand.

„Dies gibt uns eine Möglichkeit, menschliches Nervengewebe auf mehreren Ebenen zu untersuchen, von Genen und einzelnen Zelltypen bis hin zu Schaltkreisen und funktionellen Konsequenzen in einem Tier.“