Mikrozephalie – 3D-Modell liefert Erklärung

KÖLN. In einem gemeinschaftlichen Forschungsprojekt haben Kölner Wissenschaftler einen neuen Mechanismus aufgedeckt, wie das Zika-Virus (ZV) zu den Missbildungen Neugeborener von ZV-infizierten Mütter beiträgt (Cell Stem Cell 2017; online 26. Januar).

Seit Herbst 2015 führt die ZikaVirus-Epidemie vor allem in Süd- und Mittelamerika zu einer auffälligen Zunahme von Geburten von Babys mit Mikrozephalie. Der Zusammenhang zwischen der Zika-Infektion und der mit geistigen Behinderungen und anderen neurologischen Störungen einhergehenden Mikrozephalie wurde bekanntermaßen allgemein zwar anerkannt, ein wissenschaftlicher Beweis für die schädigende Wirkung von Zika auf die frühkindliche Hirnentwicklung fehlt jedoch bisher.

Dreidimensionale Hirnorganoide

Professor Jay Gopalakrishnan, Professor Olaf Utermöhlen und Professor Martin Krönke vom Zentrum für Molekulare Medizin Köln, dem Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene sowie dem Deutschen Zentrum für Infektionsforschung haben nun einen überzeugenden wissenschaftlichen Nachweis gefunden, wie eine Zika-Infektion der Mutter zur Mikrozephalie beim Kind führt, wie die Universität Köln mitteilt.

Die Forscher programmierten in ihren Versuchen zunächst menschliche Hautzellen gesunder Spender zu neuronalen Stammzellen um. Dazu programmierten sie die Hautzellen zunächst mithilfe molekularbiologischer Methoden im Reagenzglas zu sogenannten "induzierten pluripotenten Stammzellen" (ipSZ) um. Diese ipSZ entwickelten sich wiederum unter geeigneten Kulturbedingungen in "neuronale Vorläuferzellen" (nVZ). Diese nVZ sind die Ausgangszellen für die gesamte weitere Entwicklung des Hirnes. Die Zusammenlagerung vieler nVZ unter definierten Kulturbedingungen führt zur Bildung dreidimensionaler, wenige Millimeter großer Hirnorganoide, die den frühen Verlauf der embryonalen Hirnentwicklung widerspiegeln.

Mit diesen Hirnorganoiden konnten die Wissenschaftler ein 3D-Experimentalmodell etablieren, welches die frühe Hirnentwicklung abbildet und mit dem sich die schädigenden Wirkungen von Zika genauestens untersuchen lassen.

Ausweg aus ethischem Dilemma?

Die Forscher beobachteten, dass eine Infektion mit ZV zur frühzeitigen Ausreifung der nVZ zu reifen Nervenzellen führt. Obwohl diese verfrühte Ausreifung auf den ersten Blick harmlos erscheint, ist sie brisant für die weitere Entwicklung des Hirnes. Denn durch die verfrühte, massenhafte Ausreifung von nVZ fehlen diese wichtigen Vorläuferzellen für das Größenwachstum der sich entwickelnden Hirnorganoide. Offenbar verursacht die Infektion mit dem Zika-Virus Defekte an den Zentrosomen, kleinen Zellorganellen, die die schnelle und präzise Zellteilung ermöglichen und eine wichtige Rolle bei der Expansion der neuralen Vorläuferzellen spielen.

Für die Übertragbarkeit der Beobachtungen auf die epidemische Zika-Mikrozephalie in Südamerika ist von besonderer Bedeutung, dass die Infektionsversuche erstmals mit einem Zika-Virus Stamm durchgeführt wurden, der direkt aus einem betroffenen Fötus mit Mikrozephalie isoliert wurde. Damit sei ein überzeugender wissenschaftlicher Nachweis gelungen, wie Zika zur Mikrozephalie führe, betonen die Wissenschaftler.

Erschwert wurde die Forschung, wie eine Zika-Infektion der Mutter und Mikrozephalie beim Kind zusammenhängen, durch ethische Probleme, die nahezu unüberwindlich scheinen – denn es geht um Mütter, die sich während der Schwangerschaft infizieren, und ihre ungeborenen Kinder. Einen Ausweg aus diesem Dilemma könnte die nun entwickelte Methode bieten. (eb)