12. Jul 2018

Maus mit menschlichem Organoid im Hirn

Wissenschaftler verknüpfen menschliche Nervenzellen mit dem Gehirn von Mäusen. Wo liegen die Grenzen dieser Forschung?

Ein menschliches Hirnorganoid (grün) nistet sich im Gehirn (rot) einer Maus ein. Quelle: Salk Institut

Soll man bei dieser Nachricht erschrecken? Forscher pflanzen ein menschliches Mini-Gehirn in den Kopf von Mäusen: Das Organoid überlebt nicht nur monatelang, es schickt Ausläufer tief in das Gewebe und kommuniziert mit den Nervenzellen der Maus. Fast wie in einem schlechten Science Fiction. Das Bild vom rücksichtslosen Wissenschaftler, der nach Belieben neuartige Lebewesen erschafft, drängt sich förmlich auf.

Vorweg ein Spoiler: Nein, noch haben die Forscher nichts Verwerfliches getan. Doch die ethische Grenze ist bereits in Sichtweite.

Ein Gehirn in der Petrischale

Organoide – und ihre faszinierende Fähigkeit zur Selbstorganisation – bilden den Kern dieses drohenden ethischen Dilemmas. Eigentlich sind es nur kleine, harmlose Zellhaufen, die Forscher mühsam im Labor heranzüchten. Doch unter den richtigen Bedingungen ähneln sie Organen im Miniaturformat: Leber, Niere, Darm und sogar dem Gehirn.

Das „Mini-Gehirn in der Petrischale“ hat vor einigen Jahren große Aufmerksamkeit erzielt. Forschern bietet es die einmalige Gelegenheit, mehr über ein ansonsten schwer zugängliches Organ zu lernen. Und es gäbe noch viel mehr zu lernen, wenn da nicht eine bislang unüberwindbare Hürde wäre: In der Petrischale werden Organoide immer winzig bleiben, da sie keine funktionierende Blutversorgung haben – und damit die Voraussetzung für unbeschränktes Wachstum fehlt.

Ein möglicher Ausweg: Das Organoid an das Blutsystem eines lebenden Tieres anzuschließen. Diesen Ansatz verwirklichten nun Wissenschaftler um Fred Gage vom kalifornischen Salk Institut. Sie züchteten Hirnorganoide aus menschlichen embryonalen Stammzellen und implantierten diese in die Köpfe erwachsener Mäuse. Die Organoide waren in der Petrischale bis auf die Größe einer Linse angewachsen, und ohne Versorgung durch ein Blutsystem wäre ihre Wachstum bald beendet gewesen. Tief im Gehirn der Maus, in der Nähe größerer Blutgefäße, stießen die Organoide auf deutlich bessere Bedingungen – und blieben bis zu sieben Monate lang am Leben (dem längsten Versuchszeitpunkt).

Maus mit Bewusstsein?

Dieser Versuch wirft einige Fragen auf: Welche Fähigkeiten entwickelt das Organoid in dieser Zeit? Nimmt es seine Umwelt wahr, fühlt es Schmerz, empfindet es vielleicht sogar Emotionen?

Dies erscheint jedoch höchst unwahrscheinlich. Wichtige Voraussetzungen fehlen, damit das Organoid eine Art von Bewusstsein erlangen kann. Zum einen enthält es kaum mehr als drei Millionen Zellen, verfügt also nur 0,002 % der Kapazität eines menschlichen Gehirns. Laut einhelliger Meinung der Experten zu wenig, um höhere Funktionen zu erlangen.

Und zum anderen wird jedes Gehirn wesentlich von äußeren Reizen geformt. Ohne Verbindung zur Außenwelt ist eine korrekte Entwicklung kaum vorstellbar, und die Petrischale kommt einer vollständigen Isolation gleich. Diese Organoide sind keine funktionstüchtigen Organe – eher Zellhaufen, die in ihrer Form einem Gehirn entfernt ähneln.

Im Gehirn der Maus ändert sich die Situation natürlich schlagartig. Das Organoid durchläuft offenkundig einen Reifungsprozess und nimmt Kontakt mit den Nervenzellen der Maus auf, vermutlich werden sogar Signale ausgetauscht. Ob dies aber bereits eine produktive Interaktion darstellt, ist mehr als fraglich.

Keine Verwischung der Artgrenzen

Zur Sicherheit testeten die Forscher dennoch die kognitiven Fähigkeiten der Maus. Bei einem einfachen Lernmodell, das die Fähigkeit zur Orientierung im Raum einschätzt, hatte die Gegenwart des Hirnorganoids jedoch keinen signifikanten Einfluss. Für die Maus ist das Organoid wohl kaum mehr als ein lästiger Tumor.

Damit sind wir beim Kern der ethischen Kontroverse – der Frage, ob dieser Versuch die Artgrenze zwischen Mensch und Maus verwischt. Der Deutsche Ethikrat hat sich bereits im Jahr 2010 mit Mensch-Tier-Mischwesen beschäftigt, und er sieht hier das zentrale Problem. Denn wenn ein Tier menschliche Eigenschaften entwickelt, verändert sich auch sein ethischer Status, und Experimente mit diesem Wesen wären nur noch schwer vertretbar.

Der Ethikrat hat auch klar formuliert, wo er die Grenzen bei Transplantation von menschlichen Nervenzellen sieht. Erstens sollten keine Versuche mit Affen durchgeführt werden, da eine Annäherung von menschlichen und tierischen Hirnfunktionen in diesem Fall durchaus vorstellbar ist. Zweitens sollte eine Transplantation nur bei erwachsenen Tieren erfolgen, da die Entwicklung des Gehirns dann weitgehend abgeschlossen ist und menschliche Zellen nur noch wenig Einfluss ausüben können.

Damit ist klar, dass die Forscher um Fred Gage sich noch eindeutig im akzeptierten Rahmen bewegen. Von einer ethischen Grenzüberschreitung kann nicht die Rede sein. Oder wie es der Ethikrat formuliert: „Eine erwachsene Maus bleibt auch nach der Transplantation von menschlichen Nervenzellen ins Gehirn eine Maus“.

Grenzfall embryonale Chimären

Heikel wird es jedoch, wenn die Forschung den – beinahe logischen und zwangsläufigen – nächsten Schritt unternimmt: die Manipulation eines fetalen Gehirn. Bei diesen sogenannten embryonalen Chimären, bei denen die Zellen in einem frühen Entwicklungsstadium in den Fetus übertragen werden, wird der Einfluss des Transplantats deutlich höher sein. Dann ist auch nicht auszuschließen, dass die menschlichen Zellen die Entwicklung des tierischen Gehirns steuern. Aus einer Maus wird damit kein Mensch, aber eine normale Maus wäre sie wohl auch nicht mehr. Hier zieht der Ethikrat eine eindeutige Grenze.

Doch ob diese Grenze in der Praxis sinnvoll ist, muss sich erst noch zeigen. Denn im Labor sind viele Zwischenstufen denkbar, die sich nicht unbedingt in das vorgegebene Schema einfügen. Was, wenn nur sehr wenige menschliche Zellen transplantiert werden? Oder diese Zellen bereits in ihrer Entwicklung eingeschränkt sind? Oder die Transplantation direkt nach der Geburt erfolgt?

Tatsache ist wohl, dass dieser Ansatz mit Nachdruck weiter verfolgt wird – die positiven Reaktionen von Kollegen lassen keinen anderen Schluss zu. Die Grenzen werden sich dabei immer weiter verschieben. Da wird in Zukunft viel Arbeit auf den Deutschen Ethikrat zukommen. Und so rasch, wie die Entwicklung gerade fortschreitet, scheint diese Zukunft nicht allzu weit entfernt.

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