Wir haben uns an die Idee der menschlichen Organtransplantation gewöhnt. Transplantationen fester Organe wie Herzen, Nieren und Lebern sowie Knochenmark sind bei einigen Krankheiten zu lebensrettenden Behandlungen der Wahl geworden. Die Forscher suchen sogar nach Möglichkeiten, Organe von Tieren wie Schweinen erfolgreich in Menschen zu transplantieren. Aber was ist mit der Transplantation eines menschlichen Gehirns?

Obwohl die Transplantation eines ganzen menschlichen Gehirns weit hergeholt erscheint, ist die Transplantation einzelner Zellpopulationen nicht möglich., Tatsächlich wurde in wiederholten Studien gezeigt, dass die Übertragung von neuronalen Transplantaten des Fötus einige der motorischen Defekte korrigiert, die bei Patienten mit Parkinson-Krankheit festgestellt wurden. In Bezug auf Nagetiere als Studiensystem haben die Forscher gezeigt, dass neuronale Stammzellen (NSCs) auch isoliert und als Spenderzellen verwendet werden können. NSCs können aus dissoziierten Nagetiergehirnen isoliert und in vitro durch Zugabe extrazellulärer Wachstumsfaktoren (wie EGF oder bFGF) oder die Einführung wachstumsfördernder Gene (wie v-myc oder großes T-Antigen) vermehrt werden.,

Als natürliches Follow-up der Nagetierarbeit entwickelten diese Autoren ein transplantierbares System menschlicher NSCs. Zuerst isolierten sie Zellsuspensionen aus der periventrikulären Region eines 15 Wochen alten menschlichen Fötus, ein Bereich, der eine reiche Quelle von NSCs bei Nagetieren ist. Als nächstes kultivierten sie diese Zellen mehrere Monate lang in einer abwechselnden Mischung aus EGF und bFGF, untersuchten die Population auf ihre Fähigkeit zur Transplantation und klonten dann einzelne, stabile Zelllinien aus. (Sie führten auch das wachstumsfördernde v-myc-Gen in einigen Experimenten ein, was sich jedoch am Ende als unnötig erwies.,) Durch einfaches Ändern des Kulturmediums zu einem serumhaltigen, differenzierten diese NSC-Linien in vitro in neuronale und oligodendrogliale Zellen. Kokultur mit primärem murinem Zentralnervensystem Gewebe wurde benötigt, um die Differenzierung am effektivsten auf dem astroglialen Weg voranzutreiben, eine andere Abstammung, die natürlich aus dem NSC in vivo abgeleitet ist und der letzte Zelltyp ist, der normalerweise während der Entwicklung geboren wird; Daher kann die Kokultur die In-vivo-Umgebung „nachgebildet“ haben.,

Um festzustellen, wie diese NSC-Klone in situ reagieren würden, transplantierten die Autoren sie in die Ventrikel neugeborener Mäuse. Um einigen dieser Klone in vivo zu folgen, wurden sie zuerst mit einem Retrovirus transfiziert, das das β-Galactosidase-Gen exprimiert, das als eindeutiger visueller Marker für menschliche Zellen in einem Mausgehirn dienen könnte. Nach der Einführung wurden die menschlichen NSCs leicht in das murine Gehirn integriert und wanderten entlang von Wegen, die zuvor als natürliche Wege für diese Zellen in vivo nachgewiesen wurden., Zum Beispiel zeigte die mikroskopische Untersuchung des eingeführten β-Galaktosidase-Tags, dass sich die Zellen zur subkortikalen und kortikalen weißen Substanz der Maus, zum Corpus callosum und zum olfaktorischen Bulbus bewegten. Die menschlichen NSCs interkalierten mit nativen Neuronen und Glia und differenzierten entsprechend in Abhängigkeit von den umgebenden Zelltypen und Hinweisen. Sie integrierten sich auch in die Keimzonen am gegenüberliegenden Ende des Gehirns und wurden dort zu geeigneten neuronalen Zelltypen. Dies bewies, dass die NSCs trotz Zellkultur, Klonierung und Gentransfektion ihren pluripotenten Status in vivo beibehielten., Darüber hinaus zeigten die Zellen die Fähigkeit, ein fremdes Gen nahtlos in das Gewebe des Gehirns zu exprimieren.

Die Gruppe fuhr fort, die Möglichkeit der Verwendung von NSCs in Gentherapieanwendungen in einem In vitro-Setting zu demonstrieren. Diese Zellen exprimieren die Alpha-Untereinheit der β-Hexosaminidase, dem Gen, das bei der Tay-Sachs-Krankheit beim Menschen defekt ist. Sie vermischten sich dann in Maus-Gehirnzellen, die das Gen gelöscht hatten, um als Wirt für die Zellen zu dienen., Durch Enzymanalyse zeigten sie, dass signifikante Mengen der aktiven β-Hexosaminidase von der Zellmischung produziert wurden und zu einer verminderten Akkumulation von pathologischem Material in den Tay-Sachs-Nervenzellen führten.

Als In-vivo-Test des Engrafting-Potentials der menschlichen NSC-Linien führten sie NSC-Klone in das Gehirn eines anderen defekten Mausstammes ein, des Meander Tail (mea) Stammes. Diese besondere Mutante hat einen Defekt, der verhindert, dass sich viele Granulatneuronen in Teilen des Kleinhirns entwickeln oder überleben., Bei mea-Mutanten wanderten die menschlichen NSCs nach Einführung in die äußere Granulatschicht des Kleinhirns in die richtige Schicht des Kleinhirns und differenzierten sich in Zellen, die mit normalen Mausgranulatneuronen identisch zu sein schienen. Diese Leistung ist bemerkenswert angesichts der Tatsache, dass die ursprünglichen Zellen, die zur Erzeugung der NSC-Linien verwendet wurden, aus der menschlichen fetalen periventrikulären Region stammten, nicht aus dem postnatalen Kleinhirn. Diese Leistung zeigt die Plastizität dieser Zellen und die Beibehaltung einer Reaktion auf normale Differenzierungshinweise im Tier.,

So können nun menschliche neuronale Vorläufer-und Stammzellen isoliert und in vitro und in vivo manipuliert werden. Die erstaunliche Eigenschaft dieser Zellen, sich in situ im Empfängerhirn zu differenzieren, kann schließlich die gezielte Einführung von Zellen in definierte Regionen ermöglichen, um spezifische Defekte zu korrigieren und sich für viele Arten von neurologischen Erkrankungen mit weit verbreiteter Pathologie stärker zu integrieren.