Laborgenerierte Nervenbahnen: Ein neuer Ansatz zur Schmerzforschung

STANFORD / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Wissenschaftler der Stanford University haben einen bedeutenden Fortschritt in der Schmerzforschung erzielt, indem sie die menschliche aufsteigende sensorische Bahn in einer Laborschale nachgebildet haben. Diese Entwicklung könnte die Art und Weise, wie wir Schmerz verstehen und behandeln, grundlegend verändern.

Forscher der Stanford University haben einen bemerkenswerten Durchbruch in der Schmerzforschung erzielt, indem sie die menschliche aufsteigende sensorische Bahn in einer Laborschale nachgebildet haben. Diese Nachbildung, bekannt als Assembloid, ermöglicht es Wissenschaftlern, den Weg von Schmerzsignalen von peripheren Neuronen bis zum Gehirn erstmals außerhalb des Körpers zu beobachten. Diese Innovation könnte die Medikamentenentwicklung für Schmerzlinderung revolutionieren, insbesondere bei chronischen Schmerzen oder Überempfindlichkeit.

Das Assembloid besteht aus vier miteinander verbundenen Gehirn- und Rückenmarksorganoiden, die die Übertragung von Schmerzsignalen simulieren. Diese Plattform ermöglicht es, schmerzauslösende Chemikalien und potenzielle schmerzblockierende Medikamente zu testen. Besonders bemerkenswert ist, dass genetische Mutationen in Nav1.7-Natriumkanälen die wellenartige neuronale Aktivität veränderten, was Schmerzstörungen nachahmt.

Die Forscher, unter der Leitung von Sergiu Pasca, MD, haben vier miniaturisierte Teile des menschlichen Nervensystems erfolgreich zusammengefügt, um die aufsteigende sensorische Bahn zu rekonstruieren. Diese Bahn überträgt Schmerzempfindungen von der Haut zum Gehirn und wird in vier verschiedenen Regionen verarbeitet: dem dorsalen Wurzelganglion, dem dorsalen Rückenmark, dem Thalamus und dem somatosensorischen Kortex.

Vivianne Tawfik, MD, PhD, eine nicht an der Studie beteiligte Expertin, betont die Relevanz dieser Konstruktion für die Erforschung chronischer Schmerzen. Sie weist darauf hin, dass viele Schmerzmedikamente nicht speziell für Schmerzen zugelassen sind und oft aus anderen medizinischen Bereichen stammen. Die effektivsten Schmerzmittel, Opioide, haben das Problem der Suchtgefahr, was die Notwendigkeit neuer Ansätze unterstreicht.

Pasca und sein Team haben regionale neuronale Organoide entwickelt, die aus Stammzellen in einer Laborschale gezüchtet wurden und verschiedene Gehirnregionen repräsentieren. Diese Organoide wurden zu Assembloiden kombiniert, die funktionierende Schaltkreise bilden, die den menschlichen Schmerzweg nachahmen. Diese Entwicklung könnte neue Einblicke in die Behandlung von Schmerzstörungen bieten.

Die Forscher verwendeten chemische Signale, um die Zellen zu neuralen Organoiden zu formen, die jede der vier Regionen der Bahn repräsentieren. Nach etwa 100 Tagen hatten sich die Organoide zu einem Assembloid verbunden, das fast 4 Millionen Zellen umfasst. Diese Konstruktion ermöglichte es, die spontane, synchronisierte, gerichtete Signalübertragung innerhalb des Assembloids zu beobachten.

Die Studie zeigt, dass Chemikalien, die Schmerzen auslösen, die wellenartige Aktivität in den Assembloiden erhöhen. Die Stimulation des sensorischen Organoids mit Capsaicin, dem scharfen Bestandteil von Chilischoten, löste sofortige neuronale Aktivität aus. Mutationen im Nav1.7-Natriumkanal führten zu einer erhöhten Nerventransmission, was auf die Bedeutung dieser Kanäle bei Schmerzstörungen hinweist.

Pasca betont, dass die Assembloide selbst keinen Schmerz ‘fühlen’, sondern Nervensignale übertragen, die in anderen Gehirnzentren weiterverarbeitet werden müssen, um das unangenehme Gefühl von Schmerz zu erzeugen. Diese Forschung könnte auch für die Untersuchung von Entwicklungsstörungen wie Autismus von Bedeutung sein, da Menschen mit Autismus oft überempfindlich auf Schmerz reagieren.

Die Stanford University hat ein Patent für das mit diesem Assembloid verbundene geistige Eigentum angemeldet. Diese Forschung wurde von verschiedenen Institutionen finanziert, darunter die National Institutes of Health und die Chan Zuckerberg Initiative.

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