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Können "Mini-Gehirne" Tiermodelle im Labor ersetzen?

Tiermodelle für Krankheiten sind ein wesentlicher Bestandteil von Medikamentenstudien, zumindest für den Augenblick. Neue Forschungen zu einem neuartigen Weg zur Herstellung von Gehirnzellen könnten zu einem kosteneffektiveren und ethischeren Weg führen, die Medikamente der Zukunft zu testen.
Die Anwendungen für das Mini-Gehirn decken fast die gesamte neuropharmakologische Forschung ab.
Bildnachweis: Dr. Thomas Hartung, School of Public Health der Johns Hopkins Bloomberg

Tierversuche sind fast so alt wie die medizinische Wissenschaft selbst, aber ihre Geschichte und Nützlichkeit hindert sie nicht, ein kontroverses Thema zu sein.

Mögliche Routen zur Minimierung ihrer Nutzung werden unaufhörlich verfolgt.

Hunderttausende Tiere werden jährlich für die neurologische Forschung verwendet. Jedoch funktionieren etwa 95% der Medikamente, die bei Tieren erfolgreich sind, beim Menschen nicht.

Bahnbrechende Forschung zu funktionierendem Hirngewebe hofft, unsere Abhängigkeit von Lebewesen zu ersetzen.

Forscher an der Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health in Baltimore, MD, hoffen, dass ihre neuen Mini-Gehirne schließlich von der Standard-Tier-basierten neurologischen Forschung übernehmen könnten.

Die Geburt des Mini-Gehirns

Das Zentrum für Alternativen zu Tierversuchen (CAAT) an der Johns Hopkins ist seit 35 Jahren führend in der Zellkultur. Dr. Thomas Hartung und sein Team von CAAT arbeiten daran, Miniaturgehirne zu entwickeln, die aus echten, funktionierenden vernetzten Neuronen bestehen.

Gegenwärtig bestehen menschliche Zellkulturen aus nur einem Zelltyp, und diese Zellen sind in keiner Weise miteinander verbunden. Die Zellen werden oft entweder aus einem resezierten Tumor oder embryonalen Stammzellen erzeugt, die beide ihre eigenen ethischen Probleme tragen.

Dr. Hartungs bahnbrechende Mini-Gehirne sind aus einem anderen Stoff geschnitten. Sie werden konstruiert, indem Hautzellen von gesunden Patienten zu Stammzellen "reprogrammiert" werden. Als solche umgehen diese Zellen, die als induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) bekannt sind, das ethische Minenfeld.

Die Zellen sind genetisch so angepasst, dass sie in einen embryonalen Stammzellen-ähnlichen Zustand übergehen und angeregt werden, zu Gehirnzellen zu wachsen.

Größe, Nutzung und Praktikabilität

Es besteht die Hoffnung, dass diese Zellbälle für Untersuchungen zur Ätiologie und Behandlung vieler Krankheiten, einschließlich Alzheimer, Parkinson und Autismus, nützlich sein werden. Projekte, bei denen die Mini-Gehirne zur Untersuchung von Virusinfektionen, Trauma und Schlaganfall eingesetzt werden, laufen bereits.

Die Mini-Gehirne, nur 350 ?m breit, bestehen aus 10.000-20.000 einzelnen Gehirnzellen. Ungefähr 100 dieser identischen Zellgruppen können leicht in einer einzigen Petrischale gezüchtet werden. Im Gegensatz zu Standard-Zellkulturen enthalten sie eine Reihe funktionierender, miteinander verbundener Gehirnzellen, einschließlich Astrozyten und Oligodendrozyten.

Die Mini-Gehirne ahmen das embryonale Gehirn nach, und Forscher sind in der Lage zu beobachten, wie die Myelinscheiden des Nervs wachsen und zusehen, wie sie spontane elektrische Signale entwickeln.

Dr. Hartung beantragt die Patentierung der Mini-Gehirne und hat eine Firma namens ORGANOME gegründet, um diese zu vermarkten und an Labore zu verkaufen.

In jeder Art von Forschung werden die Kosten immer ein Problem sein; Medizinische Nachrichten heute fragte Dr. Hartung, wie sich diese Miniaturgehirne finanziell mit dem Einsatz bestehender Mausmodelle vergleichen würden. Er sagte, dass "ein Preis für die Mini-Gehirne nicht festgelegt wurde, aber in der Rangfolge einer Laborratte ($ 20-30) sein wird."

Natürlich sind die Kosten der Ratte selbst nur ein kleiner Teil der Kosten eines Tierversuchs. Dr. Hartung fährt fort zu erklären, dass "eine Entwicklung Neurotoxizität Studie, für die unser Modell prädestiniert ist, verwendet 1.400 Ratten und kostet etwa 1,4 Millionen Dollar für eine Substanz." In Arzneimittelstudien schlechte Entscheidungen zu treffen, kann unglaublich teuer sein.

Die Zukunft des Mini-Gehirns

Das Team hofft, dass die Zukunft des Mini-Gehirns hell sein wird. Die möglichen Anwendungen sind Legion, und die Entwicklung neuer Zelltypen wird die Möglichkeiten noch erweitern.

Durch die Verwendung von Hautzellen von Menschen mit genetischen Erkrankungen können Forscher an Zelllinien mit spezifischen genetischen Veränderungen experimentieren. Dr. Hartung glaubt, dass die Gehirne bei der Erforschung illegaler Drogen, E-Zigaretten, chemischer Kampfstoffe und Krankheitsmodelle von Infektionen nützlich sein werden.

MNT fragte, ob das Team in Zukunft die Größe der Gehirne erhöhen wolle, um zusätzliche Komplexität hinzuzufügen. Dr. Hartung sagte:

"Das erste Problem ist die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung im Zentrum. Wir halten bei einer Größe an, die das nicht einschränkt. Die fortschreitende Gehirnentwicklung führt auch zur Bildung vieler Strukturen, die es schwierig machen, sie zu kontrollieren.

Jedes Mini-Gehirn ist dann ein Individuum. Unsere Zellbälle sind nach 10 Wochen homogen und identisch, ein großer Vorteil für den Substanzvergleich. "

Die Zukunft des Mini-Gehirns scheint sicherlich hell. Eine leicht replizierbare Auswahl identischer neuraler Zellen, die zum Preis einer Maus in Ihr Labor geliefert werden. Vielleicht könnte dies das Ende für Tierversuche in der neurologischen Forschung bedeuten.

MNT Englisch: bio-pro.de/en/region/stern/magazin/...3/index.html Vor kurzem wurde untersucht, wie aus den Hautzellen gewachsene Miniaturgehirne Einblicke in Autismus geben können

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