Transplantation von menschlichen Nervenzellen in das Gehirn einer Maus zeigt, wie Sie den Draht in die schaltkreise im Gehirn, die

Ein team von Forschern, angeführt von Pierre Vanderhaeghen und Vincent Bonin (VIB-KU Leuven, Université libre de Bruxelles und NERF) zeigte, wie menschliche Nervenzellen entwickeln können, im eigenen Tempo und form sehr präzise verbindungen mit den umliegenden Maus-Gehirn-Zellen. Diese Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf die einzigartigen Eigenschaften des menschlichen Gehirns und eröffnen neue Perspektiven für Gehirn-Reparatur und die Untersuchung von Erkrankungen des Gehirns.

Die Hirnrinde, die äußere Schicht unseres Gehirns, oft bezeichnet als graue Materie, ist eine der komplexesten Strukturen, die man in lebenden Organismen. Es gibt uns die erweiterten kognitiven Fähigkeiten, die uns von anderen unterscheiden Tiere.

Neurowissenschaftler Prof. Pierre Vanderhaeghen (VIB-KU Leuven, Université libre de Bruxelles) erklärt, was macht das menschliche Gehirn so einzigartig ist: „Eine Bemerkenswerte Eigenschaft der menschlichen Nervenzellen ist Ihre ungewöhnlich langen Entwicklung. Neuronale schaltkreise Jahre dauern, erreichen Ihre volle Reife im Menschen, aber nur ein paar Wochen bei Mäusen oder einige Monate in den Affen.“

„Diese lange Zeit der Reifung ermöglicht, viel mehr Zeit für die modulation von Zellen des Gehirns und schaltungen, die es uns ermöglicht zu lernen, effizienter für einen längeren Zeitraum bis zum Ende der Adoleszenz. Es ist ein sehr wichtiges und einzigartiges Merkmal unserer Spezies, aber was liegt an seinem Ursprung bleibt ein Rätsel.“

Das Verständnis der Mechanismen, Gehirn-Schaltung Bildung ist wichtig, zum Beispiel wenn wir wollen, dass zur Behandlung der Erkrankung des Gehirns, ergänzt Prof. Vincent Bonin Neuro-Elektronik-Forschung-Flandern (NERF, der ermächtigt ist, die von imec, KU Leuven und VIB): „Störungen der Schaltung Entwicklung wurden mit der geistigen Behinderung, zum Beispiel, und zu psychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie. Jedoch, es blieb unmöglich, die Untersuchung der menschlichen neuronalen schaltkreise in Aktion im detail—bis jetzt!“

Menschliche Gehirn-Zellen im Maus-Gehirn

In einer gemeinsamen Forschungsarbeit, die teams von Vanderhaegen und Bonin entwickelte eine neuartige Strategie für die Transplantation menschlicher Neuronen, die als einzelne Zellen in das Gehirn der Maus zu Folgen und Ihre Entwicklung über die Zeit.

„Wir differenzierte menschliche embryonale Stammzellen in Neuronen und injizierten Sie in die Gehirne der Jungen Maus Welpen. Dies erlaubt uns zu untersuchen, menschliche Neuronen in einem lebenden Gehirn über viele Monate. Wir können auch eine ganze Reihe von biologischen Werkzeugen in diesen Zellen die Untersuchung der menschlichen neuronalen Schaltkreis Bildung und der menschlichen Gehirn-Erkrankungen“, kommentiert Dr. Daniele Linaro.

Die Forscher entdeckten, dass das transplantierte menschliche Zellen befolgen Sie die gleichen Entwicklungs-plan, wie in einem menschlichen Gehirn, mit einer Monate langen Zeit der Reifung, die typisch für menschliche Neuronen. Dies bedeutet, dass unsere Nervenzellen Folgen kann eine „innere Uhr“ von Entwicklung, das ist überraschend, unabhängig von der Umgebung.

Darüber hinaus werden die menschlichen Zellen waren in der Lage, Funktion in der Maus neuronale schaltkreise. „Nach Monaten der Reifung, die menschlichen Neuronen begann, Informationen zu verarbeiten, zum Beispiel reagieren auf visuelle inputs aus der Umwelt“, sagt Dr. Ben Vermaercke, die die Experimente durchgeführt, die zusammen mit Linaro. „Die menschlichen Zellen selbst zeigten unterschiedliche Reaktionen in Abhängigkeit von der Art des stimulus, der angibt, ein überraschend hohes Maß an Präzision in den verbindungen zwischen den transplantierten Zellen und der host-Maus-Gehirn-schaltkreise.“

Ein Meilenstein mit viel Potenzial

Diese Studie stellt die erste demonstration der echten Schaltung integration von Neuronen abgeleitet, die aus menschlichen pluripotenten Stammzellen. Laut Bonin, „es ist ein technologischer Meilenstein und eröffnet spannende Möglichkeiten, um zu studieren, wie genetische Informationen, ökologische cues und Verhalten prägen gemeinsam, wie das Gehirn Drähte sich nach oben.“

Auf der einen Seite, dieses Modell könnte angewendet werden, um zu studieren, eine ganze Reihe von Krankheiten, die gedacht werden, um Einfluss auf die Entwicklung von menschlichen Nervenzellen in neuronalen Schaltkreisen. Die Forscher planen, verwenden Sie Neuronen, die mit genetischen Mutationen im Zusammenhang mit Krankheiten wie geistiger Behinderung, um zu versuchen und zu verstehen, was schief geht, während der Reifung Bildung und Schaltung.

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