Wissenschaftler versuchen, das Gehirn von Menschen und anderen Tieren so nah wie möglich an der Gegenwart zu erschaffen. Dies ist wichtig für Experimente, Organtransplantationen und die Untersuchung von Krankheiten. Es ist möglich, dass es in naher Zukunft möglich sein wird, Proben bewusst in Reagenzgläsern zu züchten.
Kopflose Schweine
Im April 2018 veröffentlichte die Zeitschrift Nature einen offenen Brief von 17 weltweit führenden Neurophysiologen, in dem die Entwicklung von Regeln und Einschränkungen für Experimente mit künstlich gewachsenem Nervengewebe gefordert wurde, da in Kürze nicht nur die Strukturen, sondern auch die Funktionen des Gehirns wiederhergestellt werden können. Mit anderen Worten, es ist sehr wahrscheinlich, dass einige Laborproben Anzeichen von Bewusstsein zeigen, und Sie müssen darauf vorbereitet sein. Tatsächlich war dies eine Antwort auf einen Bericht von Wissenschaftlern der Yale University, wonach sie das vom Körper getrennte Gehirn des Schweins 36 Stunden lang am Leben hielten. Ein speziell entwickeltes beheiztes BrainEx-Pumpensystem und ein synthetischer Blutersatz wurden verwendet, um die Durchblutung des Gehirns von mehr als hundert Tieren vier Stunden nach ihrer Enthauptung wiederherzustellen. In den auf diese Weise wiederbelebten Gehirnen wurden Milliarden lebender, effizienter Nervenzellen gefunden. Es gab jedoch keine elektrische Aktivität - dies wurde durch ein Elektroenzephalogramm gezeigt. Daher kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass das Gehirn lebt, aber im Koma liegt, was bedeutet, dass es kein Bewusstsein gibt. Laut den Autoren der Arbeit kann das revitalisierte Schweinegehirn weiterhin als Material zum Testen neuer Medikamente auf Krebs oder Alzheimer dienen. Darüber hinaus kann diese Entdeckung technisch als ein Weg gesehen werden, ein Organ für eine weitere Transplantation am Leben zu erhalten oder ein Gehirn in einem Labor wachsen zu lassen. Laut den Autoren der Arbeit kann das revitalisierte Schweinegehirn weiterhin als Material zum Testen neuer Medikamente auf Krebs oder Alzheimer dienen. Darüber hinaus kann diese Entdeckung technisch als ein Weg gesehen werden, ein Organ für eine weitere Transplantation am Leben zu erhalten oder ein Gehirn in einem Labor wachsen zu lassen. Laut den Autoren der Arbeit kann das revitalisierte Schweinegehirn weiterhin als Material zum Testen neuer Medikamente auf Krebs oder Alzheimer dienen. Darüber hinaus kann diese Entdeckung technisch als ein Weg gesehen werden, ein Organ für eine weitere Transplantation am Leben zu erhalten oder ein Gehirn in einem Labor wachsen zu lassen.
Gehirne in einem Reagenzglas
Dieses Problem wurde seit Mitte der 2000er Jahre eng angegangen, als japanische Biologen die Großhirnrinde, die Hypophyse und die Augenmuschel - das Auswachsen der Zwischenhirnwand im Embryo von Säugetieren - konsequent gezüchtet haben. Stammzellen wurden überall als Baumaterialien verwendet. Im Jahr 2012 erhielten amerikanische Wissenschaftler unter Laborbedingungen ein Vorderhirn mit einer Kortikalis, deren Entwicklungsstadium dem Gehirn eines menschlichen Embryos am Ende des ersten Schwangerschaftstrimesters entsprach. Experten der Stanford University gingen noch einen Schritt weiter und bildeten drei Jahre später kleine Klumpen, die das Gehirn eines Neugeborenen unmittelbar nach der Geburt nachahmen. Gleichzeitig haben Forscher der Ohio University ein vollwertiges menschliches Gehirn aus Stammzellen gezüchtet, das dem Niveau eines fünf Wochen alten Embryos entspricht. Laut den Autoren des Experiments,fast vollständig reproduzierte alle Hauptbereiche des Gehirns, aber das Gefäßsystem fehlte. Daher konnte er sich nicht weiterentwickeln und funktionieren.
Klein aber fein
Reagenzglasgehirne sind immer noch sehr klein. Beispielsweise betragen die Abmessungen von Stanford-Proben nur drei bis vier Millimeter. Die in Ohio hergestellte Orgel ist nicht größer als ein Radiergummi auf der Spitze eines Bleistifts.
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Der Hauptgrund für die Abnahme ist der Mangel an Sauerstoff und Nährstoffen, die das Gefäßsystem an die inneren Organe abgibt. Künstliche Gehirne haben kein solches System, und die Moleküle der notwendigen Substanzen können nur durch Gewebe eindringen.
Darüber hinaus kann die Nährlösung, in der das Gehirn wächst, die spezifische Mikroumgebung, in der das menschliche Gehirn wächst und sich entwickelt, nicht vollständig reproduzieren. Dies wiederum begrenzt den Zugang von Signalmolekülen, die Signale oder Reize von Zelle zu Zelle übertragen. In einem lebenden Organismus führen Störungen der Signalübertragung bei künstlichen zur Entstehung von Krebs, Autoimmunerkrankungen und Diabetes - bis zur Größenbeschränkung.
Neandertaler Gehirn
Eine der möglichen Lösungen ist die Erzeugung von Chimärentieren, dh die Transplantation der gewachsenen Teile des menschlichen Gehirns auf eine Art Labortier. Die ersten Versuche wurden an Mäusen durchgeführt. Im Jahr 2015 gaben Spezialisten des Salk Institute for Biological Research (USA) bekannt, dass sie in einem Reagenzglas gezüchtete Organellen in das Gehirn von Nagetieren transplantiert und diese mit dem Kreislaufsystem von Tieren verbunden haben. Nach drei Monaten hatten 80 Prozent der Mäuse künstliches Nervengewebe transplantiert. Zwar wurden die operierten Nagetiere, wie die Autoren der Arbeitsnotiz feststellten, nicht schlauer: Ihr Verhalten unterschied sich nicht vom Üblichen. Wissenschaftler glauben, dass solche Forschungen die regenerative Medizin revolutionieren und die Implantation gewachsener Zellen in den Menschen ermöglichen werden. Wenn die Experimente erfolgreich sind, können alle in einem Reagenzglas erzeugten Organellen transplantiert werden - einschließlich der Neandertaler. Vor nicht allzu langer Zeit haben amerikanische Biologen im Labor das Gehirn eines Neandertalers erhalten. Hierzu wurde eine für das Genom der Antike charakteristische Mutation in die DNA von Stammzellen eingeführt. Eine Mutation veränderte die Struktur neuronaler Verbindungen und sogar die Form von Organellen radikal.
Neuronen im Neandertaler-Nervengewebe wanderten schneller und bildeten im Vergleich zum menschlichen Gehirn weniger Synapsen. Laut den Autoren der Studie ist dies ähnlich wie bei Organellen aus autistischen Zellen. Künstliches Nervengewebe selbst sagt jedoch wenig darüber aus, wie das Gehirn eines Erwachsenen funktionieren wird - und daran interessieren sich Wissenschaftler besonders.
Um alle Prozesse im Neandertaler-Gehirn zu verstehen, müssen Sie die elektrische Aktivität darin fixieren, die auf das Bewusstsein hinweist. Und hier betreten Wissenschaftler die Grauzone, vor der die Autoren des April-Briefes gewarnt haben. Sie werden ein wunderbares experimentelles Modell haben, das bei der Beantwortung vieler Fragen helfen wird, aber dieses Modell wird alles fühlen und wahrscheinlich verstehen.
Alfiya Enikeeva
