Bei den vielen Gemeinsamkeiten mit unseren nächsten Verwandten im Tierreich gibt es doch einen entscheidenden Unterschied: Im Vergleich zu Schimpanse und Gorilla entstehen im Verlauf der Gehirnentwicklung beim Menschen etwa dreimal so viele Neuronen. Schon lange interessieren sich Wissenschaftler dafür, auf welchen genetischen und entwicklungsdynamischen Prozessen dieser Unterschied beruht. Zur Untersuchung dieser Frage steht seit einigen Jahren eine neue Technik zur Verfügung: Sogenannte zerebrale Organoide, die aus Stammzellen in der Petrischale gezüchtet werden, bieten neue Untersuchungsmöglichkeiten der Gehirnentwicklung im Labor. Durch bestimmte Techniken ist es dabei möglich, die Stammzellen dazu anzuregen, sich in ähnlicher Weise wie bei der natürlichen Bildung des Gehirns zu entwickeln. Dadurch entstehen Gebilde mit zerebralen Merkmalen – „Mini-Gehirne“.
Durch Vergleiche der Merkmale von menschlichen Hirn-Organoiden mit solchen, die aus Stammzellen von Schimpansen gezüchtet wurden, konnten Forscher bereits Unterschiede aufzeigen. So gab es auch schon Hinweise darauf, dass die spezielle neuronale Entwicklung beim Menschen mit Verzögerungen zu tun hat. „Doch bei diesen Studien wurden die Vergleiche in Stadien durchgeführt, in denen die Neurogenese bereits im Gange war“, schreiben die Wissenschaftler um Madeline Lancaster vom Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology in Cambridge. Der Fokus des Teams lag deshalb nun auf einer früheren Phase der Entwicklung: Die Forscher nahmen die Prozesse bei den neuralen Vorläuferzellen ins Visier, aus denen sich die Nervenzellen bilden.
Eine Frühform im Visier
Wie sie erklären, ist diese spezielle Frühform zunächst durch eine zylindrische Gestalt geprägt, die es ihnen vermutlich erleichtert, sich in identische Tochterzellen mit der gleichen Form zu teilen. Je öfter sich die neuralen Vorläuferzellen in diesem Stadium vermehren, desto mehr Neuronen entstehen später. Wenn die Zellen dann reifen und ihre Vermehrung verlangsamen, verlängern sie sich und bilden eine Form wie eine gestreckte Eistüte, erklären die Wissenschaftler. Dies war zuvor durch Untersuchungen an Mäusen bekannt. Bei ihnen verwandeln sich die neuralen Vorläuferzellen von der zylindrischen Form demnach vergleichsweise schnell in die konische, was mit der Verlangsamung der Vermehrung einhergeht.
Mithilfe von Gehirn-Organoiden konnten die Forscher nun aufdecken, wie diese Entwicklung bei Menschen, Gorillas und Schimpansen abläuft. Sie fanden heraus, dass die Formverwandlung der neuralen Vorläuferzellen bei den Menschenaffen im Vergleich zu Mäusen sehr lange dauert: Der Übergang zieht sich über etwa fünf Tage hin. Doch bei den menschlichen Gehirn-Organoiden zog sich der Prozess mit etwa sieben Tagen noch deutlich hin, berichten die Wissenschaftler. In der Zeit, in der sie die zylindrische Form beibehielten, teilten sich die Vorläuferzellen auch tatsächlich häufiger und produzierten mehr Tochterzellen für die weitere neuronale Entwicklung.
