Eine Nervenzelle dient als
Nerven-Zellen aus menschlichen Stammzellen dienen oft als Grundlage für die Erforschung der Gehirn-Krankheiten. Allerdings, sind diese Zellen unterscheiden sich erheblich in Ihrer Qualität und liefern unterschiedliche Ergebnisse. Wissenschaftler auf der ganzen Welt sind daher auf der Suche nach einfachen Zelle-Modelle, führen zu konsistenten Ergebnissen, wenn ein experiment wiederholt wird. Forscherteams von der Universität Bonn, der Vrije Universiteit Amsterdam und der Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin in Göttingen beschreiben Sie ein Modell, abgeleitet aus Stammzellen, die nur aus einer menschlichen Nervenzelle. Sie stammen von pluripotenten Stammzellen durch eine schnelle vorwärts-Programmierung Methode und stellt hoch standardisierte Bedingungen für die Untersuchung von Nervenzellen-Funktionen. Die beiden Studien wurden nun veröffentlicht in der internationalen Fachzeitschrift Cell Reports.
Mit der Zell Neuprogrammierung, so genannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) erzeugt werden, aus einer Blut-oder Hautprobe. Die Körperzellen werden wieder zurückgesetzt in einem embryonalen Stadium und sind dann in der Lage zu differenzieren in eine Vielzahl von Zelltypen wieder wie Herz-Muskel-oder Gehirnzellen. Die Erwartungen an diese Alleskönner sind dementsprechend hoch. „Nervenzellen produziert von der iPS-Zellen sind heute die attraktivsten Werkzeug für die Erforschung von Erkrankungen des Gehirns und der pharmazeutischen Forschung“, sagte Prof. Dr. Oliver Brüstle vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie am Universitätsklinikum Bonn (UKB).
Wie menschliche Nerven-Zellen aus iPS-Zellen können sehr unterschiedlich sein. Abhängig von den Zellkultur-Methode und Produktion gewählten route, reagieren Sie sehr unterschiedlich in Experimenten. „Wir sind aber auf der Suche für ein Zelle-Modell, das in der Lage ist, produzieren die gleichen Ergebnisse, wenn ein experiment wiederholt wird“, erklärt Dr. Michael Peitz aus Brüstle team. Nachdem alle die Ergebnisse der Studien statistisch nachgewiesen.
Aus diesem Grund, der UKB-Wissenschaftler gemeinsam mit dem Max-Planck-Institut (MPI) für Experimentelle Medizin in Göttingen und der Vrije Universiteit Amsterdam, entwickelt und getestet, ein Zellkultur-Modell, bestehend aus einer einzigen Nervenzelle, gewonnen aus menschlichen iPS-Zellen über einen hoch standardisierten cell-programming-Methode. Dieses „single“ sitzt auf Glia-Zellen, die natürlichen Nachbarn von Nervenzellen und ist entscheidend für deren Erhaltung und Funktion.
Die Nervenzelle spricht zu sich selbst
Das Besondere: Die „single“ brain cells spricht mit sich selbst, weil seine wichtigsten Nervenfaser (axon) endet die Verbindung zu Prozessen der gleichen Nervenzelle. „Das ist im Prinzip eine einzelne Neuronen mit einem Kurzschluss“, erklärt Dr. Kristina Rehbach, einer der lead-Autoren der zwei Studien am Institut für Rekonstruktive Neurobiologie am UKB. Dies ermöglicht es den Wissenschaftlern, lauschen dem „einzelnen“ Nervenzellen plaudern mit sich selbst.
Die kreisförmige Signalübertragung zwischen dem axon und der jeweiligen Nervenzelle erfolgt über Synapsen. Dies sind die Schnittstellen, an denen die elektrischen Signale verursachen die Freisetzung von Botenstoffen, die wiederum führen zu elektrischen Impulsen auf der Empfänger-Seite. Hier sind die Signale können verstärkt oder reduziert werden. Die Wissenschaftler am MPI in Göttingen und der Vrije Universiteit Amsterdam getestet, wie sich dieses single-cell-Modell verhält sich in der Stimulations-Experimente. Sie verwendet sowohl Neuronen verantwortlich für die Erregung im Gehirn als auch hemmende Nervenzellen. „Wir konnten nachweisen, dass dieses Modell, das aus nur einer einzigen Nervenzelle, ergibt sehr gut reproduzierbare Daten in der funktionalen tests und stellt damit eine sehr gute Grundlage für high-throughput-Experimente“, sagt Prof. Dr. Matthijs Verhage von der Vrije Universiteit Amsterdam.
Verschiedene Anwendungen
Das research-team sieht viele Anwendungsmöglichkeiten für den „einzelnen“ Nervenzellen Modell. Es kann verwendet werden, um die krankheitsmechanismen. „Zum Beispiel, wenn ein protein an der synapse verändert wird-durch eine gen-mutation, die Konsequenzen für die Signalübertragung direkt beobachtet werden kann in diesem Modell“, sagt Prof. Brüstle. Ein weiterer Vorteil ist, dass iPS-Zellen umprogrammiert von der Haut oder dem Blut des Patienten verwendet werden können, erzeugen die Neuronen mit der Krankheit – und Patienten-spezifischen features. Die Zelle Modell könnte von besonderem Interesse für die pharmazeutische Forschung, weil es ist standardisiert, skalierbar und für eine Vielzahl von Erkrankungen des Gehirns.
