Bei der Alzheimer-Erkrankung bilden sich im Gehirn Ablagerung aus Proteinen, die mit einem Verlust der Nervenzellen einhergehen. Die Forscher wollen testen, welche Wirkstoffe zum Abbau dieser Plaques beitragen können. „Als Modellsystem für diese Tests wandeln wir Blutzellen von Patienten direkt in Stammzellen des Nervensystems und nachfolgend in Nervenzellen um“, berichtet Prof. Dr. Oliver Brüstle, Koordinator des Verbundprojektes vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Rheinischen Friedrich-Wilhelms Universität Bonn. Damit werden die Substanzen realitätsnah an menschlichen Neuronen getestet.
Substanzen im Zellmodell testen
An der Robotikanlage zur vollautomatisierten Testung von Wirkstoffen
im Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (von links): Dr. Andreas Till (Institut für Rekonstruktive Neurobiologie), Dr. Michael Peitz (Institut für Rekonstruktive Neurobiologie), Dr. Philip Denner (DZNE), Simone Haupt (Life & Brain GmbH) und Dr. Eugenio Fava (DZNE). © Katharina Wislsperger / UKB-Ukom
Darüber hinaus ist das Besondere, dass die Wissenschaftler hierfür auch dreidimensionale Zellkulturen herstellen: Die gewonnenen Nervenzellen wachsen in einer gelatineartigen Matrix in mehreren Schichten übereinander in alle drei Raumrichtungen. „Wir sind mit diesem Modell viel näher an der Realität als mit herkömmlichen Petrischalen, die nur eine einzige Zellschicht umfassen“, berichtet Dr. Michael Peitz vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie.
Wie im richtigen Gehirn lassen die Forscher die Plaques im 3D-Kulturmodell außerhalb der aus dem Patientenblut gewonnenen Nervenzellen wachsen. Die viel seltenere Machado-Joseph-Krankheit gehört ebenfalls zu den neurodegenerativen Erkrankungen. Sie führt vor allem zu Beeinträchtigungen der Bewegungskoordination.
Aufgrund von Proteinablagerungen innerhalb der Nervenzellen kommt es hierbei zu deren Absterben in verschiedenen Hirnregionen. Auch für diese Erkrankung wollen die Wissenschaftler im Zellmodell Substanzen mit dem Ziel testen, die Verklumpung krankhaft veränderter Proteine abzumildern.
Arbeitsteilung
„Zusammen mit dem Partner DZNE verfügen wir über eine hervorragende Infrastruktur, mit der sich eine Vielzahl von Wirkstoffen an aus Patienten gewonnenen Nervenzellen im Hochdurchsatzverfahren automatisiert testen lässt“, sagt Prof. Brüstle. Die Zellprogrammierung übernimmt dabei das Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Universität Bonn.
Die Vervielfältigung der Zellen und die Miniaturisierung der Kulturen für die vollautomatisierte Wirkstoffprüfung liegen bei der Life & Brain GmbH. Das DZNE trägt mit seiner Robotik-Anlage und automatisierten bildgebenden Verfahren dazu bei, systematisch die verschiedenen mit Substanzen behandelten Nervenzellen zu erfassen und hinsichtlich der Wirkung auszuwerten.
„Wir bündeln in dem Forschungskonsortium unsere Kompetenzen, um an aus Patienten gewonnenen Nervenzellen möglichst viele Substanzen in möglichst kurzer Zeit zu testen“, sagt Prof. Brüstle. Dies sei ein wichtiger Schritt voran auf dem Weg zu neuen Therapiemöglichkeiten für neurodegenerative Erkrankungen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die mit derartigen Zellsystemen erzeugten Daten wesentlich bessere und schnellere Vorhersagen hinsichtlich der Wirksamkeit einzelner Medikamente zulassen.
