Xuyu Qian von der Johns Hopkins University in Baltimore und seine Kollegen haben nun diese Fragen auf neue Weise untersucht. Sie nutzten dafür eine gerade erst entwickelte Methode, mit der sich Gehirnvorläufer im Labor züchten lassen. “Als die Zika-Krise begann, wurde uns klar, dass wir damit das perfekte System haben, um die Folgen des Virus zu erforschen”, erklärt Hongjung Song von der Johns Hopkins University. Denn mit ihren maßgeschneiderten Bioreaktoren lassen sich aus Stammzellen verschiedene Stadien des unreifen Gehirns züchten. Die dabei entstehenden Organoide sind zwar nur so groß wie ein Stecknadelkopf, enthalten aber bereits alle Zelltypen und Gewebe, die ein heranwachsendes Gehirn bei einem Embryo umfasst. Für ihre Studie züchteten die Forscher Mini-Hirne, die die sechs Gewebeschichten der menschlichen Hirnrinde enthielten. Diese infizierten sie in unterschiedlichem Alter mit dem Zika-Virus – nach 18, 28 und nach 80 Tagen. Übertragen auf ein ungeborenes Kind entspricht dies dem Entwicklungsstand von der sehr frühen Schwangerschaft bis etwa ins zweit Schwangerschaftsdrittel hinein, wie die Forscher erklären.
Angriff auf Vorläuferzellen der Hirnrinde
“Was wir in diesem realistischen 3D-Modell des Gehirns sahen, bestätigt, was man anhand der Zellkulturen schon vermutet hat: Das Zika-Virus verursacht die Mikrozephalie, in dem es vor allem die neuronalen Vorläuferzellen angreift”, berichtet Song. Vor allem bei den schon im Frühstadium infizierten Hirn-Organoiden war deutlich zu erkennen, dass die Zika-Viren gezielt die neuronalen Stammzellen angriffen, aus denen später die Hirnrinde entsteht. “Die Auswirkungen waren schwerwiegend”, berichtet Songs Kollegin Guo-li Ming. “Nach einer Weile hörten die Mini-Gehirne auf zu wachsen und zerfielen geradezu.” Dieser Befund könnte erklären, warum eine Infektion mit dem Zika-Virus im ersten Trimester der Schwangerschaft besonders schwerwiegende Folgen hat. Denn dann führt die Infektion häufig zu einer Fehlgeburt.
Bei den Organoiden in späteren Stadien befielen die Viren ebenfalls vorwiegend die Vorläuferzellen der Hirnrinde, aber auch einige ältere Neuronen. Das führte dazu, dass der Cortex dieser heranreifenden Gehirne abnormal dünn blieb, die Ventrikel vergrößert waren und dass das Denkorgan insgesamt langsamer wuchs als normal. “Das entspricht den typischen Merkmalen der Mikrozephalie”, sagen die Wissenschaftler. Nachweisbar war zudem, dass sich das Virus im embryonalen Gehirn sehr schnell vermehrte. “Daher könnte selbst eine geringe Dosis und ein nur vorübergehender Kontakt mit dem Zika-Virus im Mutterleib schon ausreichen, um anhaltende und zunehmend schwerwiegendere Folgen zu verursachen”, erklären die Wissenschaftler. Sie haben bereits damit begonnen, ihre Mini-Hirne für die Suche nach einem Gegenmittel einzusetzen. Sie testen dafür zunächst verschiedene bereits als Arzneimittel zugelassene Substanzen darauf, ob sie die zerstörerische Wirkung des Zika-Virus bremsen oder sogar verhindern können.
