Viele neurologische Erkrankungen sind mit Blut-Hirn-Schranken-Defekten verbunden, darunter Multiple Sklerose, Epilepsie, Alzheimer-Syndrom, Huntington-Krankheit.
Die Blut-Hirn-Schranke hat die grundlegende Funktion, zu verhindern, dass alle Toxine und andere Fremdstoffe im Blut in das Gehirngewebe eindringen und Schäden verursachen. Ebenso blockiert die Blut-Hirn-Schranke auch bestimmte Medikamente, die zu therapeutischen Zwecken verabreicht werden, und verhindert, dass der Patient sie erhält.
Dank der Zusammenarbeit zwischen Dr. Gad Vatine und Dr. Clive N. Svendsen – jeweils vom BGU’s Regenerative Medicine and Stem Cell Research Center und Department of Physiology and Cell Biology, und Cedars-Sinai Medical Center in Los Angeles – wurde erstmals die Blut-Hirn-Schranke eines Patienten dupliziert. Aus diesem Duplikat wurde ein Blut-Hirn-Schranken-Chip mit induzierten pluripotenten Stammzellen hergestellt (iPSC), um angeborene neurologische Störungen vertieft untersuchen und vor allem personalisierte Medikamente entwickeln zu können, die mit Hilfe des Chips getestet werden können.
Die Forscher haben die einem Patienten entnommenen Blutzellen genetisch manipuliert und in ihren Stammzellzustand zurückversetzt (induzierte pluripotente Stammzellen). iPSCs haben die Fähigkeit, sich in jeden Zelltyp zu differenzieren und werden verwendet, um die Zellen zu bilden, aus denen die Blut-Hirn-Schranke besteht.
Diese Zellen werden auf einem mikrofluidischen Organ-Chip der Blut-Hirn-Schranke platziert, das Tausende von lebenden menschlichen Zellen und Geweben enthält und so die natürliche Physiologie und die mechanischen Kräfte wiederherstellt, die die Zellen im menschlichen Körper erfahren.
Dank des Blut-Hirn-Schranken-Chips können die Forscher die Wirksamkeit von Therapeutika bei verschiedenen neurologischen Erkrankungen testen, da die duplizierten Zellen den gleichen angeborenen Defekt aufweisen wie der Patient, von dem sie entnommen wurden. Darüber hinaus könnte diese Studie einen wichtigen Durchbruch für neue Forschungstechniken zu Hirnerkrankungen darstellen.
«Durch die Kombination von patientenspezifischen Stammzellen und Organ-on-Chip-Technologie haben wir ein maßgeschneidertes Modell der menschlichen Blut-Hirn-Schranke entwickelt», sagt Dr. Vatine. «Die von verschiedenen Individuen erzeugte Blut-Hirn-Schranke auf dem Chip ermöglicht es uns, die am besten geeignete Hirnmedikation auf personalisierte Weise vorherzusagen. Die Ergebnisse der Studie schaffen neue und außergewöhnliche Möglichkeiten für die Präzisionsmedizin».
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