Revolution in der Embryonenforschung: neue Techniken zur Untersuchung von Wirbelsäulenfehlbildungen

BerlinWissenschaftler der UCL haben Sensoren entwickelt, um die Kräfte in den Gehirnen und Rückenmarken von heranwachsenden Hühnerembryonen zu messen. Ihr Ziel ist es, Geburtsfehler wie Spina Bifida besser zu verstehen und zu verhindern. Die Studie, die in Zusammenarbeit mit der Universität Padua und dem Veneto Institute of Molecular Medicine (VIMM) durchgeführt wurde, wurde im Fachjournal Nature Materials veröffentlicht.

Wissenschaftler entwickeln neue Biotechnologien, um die mechanischen Kräfte zu messen, die Embryonen während ihres Wachstums nutzen. Diese Kräfte sind entscheidend für die Bildung von Organen und Körpersystemen, wie dem Neuralrohr, das sich zum zentralen Nervensystem entwickelt.

Jährlich kommen in Europa etwa 1 von 2.000 Neugeborenen mit Fehlbildungen im Rückenmark zur Welt. Traditionelle genetische und molekulare Studien haben diese Probleme nicht vollständig erklären können. Jetzt erforschen Wissenschaftler, wie physikalische Kräfte in Geweben die Embryonalentwicklung beeinflussen. Dies ist jedoch schwierig zu untersuchen, da embryonale Rückenmarke sehr klein und empfindlich sind.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, arbeiten Wissenschaftler an innovativen Lösungen:

• Winzige 3D-gedruckte Kraftsensoren von etwa 0,1 mm Breite wurden direkt im sich entwickelnden Nervensystem von Hühnerembryonen platziert.
• Eine Flüssigkeit wurde direkt auf die Embryonen aufgetragen, die sich unter Einwirkung eines starken Lasers in eine federartige feste Struktur verwandelte.
• Diese feste Struktur befestigte sich am wachsenden Rückenmark und deformierte sich durch die von den Zellen der Embryonen erzeugten mechanischen Kräfte.

Die Sensoren erfassten winzige Kräfte, etwa ein Zehntel des Gewichts einer Wimper. Um eine normale Entwicklung sicherzustellen, müssen positive Kräfte stärker sein als negative. Forscher messen diese Kräfte, um Medikamente zu finden, die die positiven Kräfte verstärken oder negative reduzieren können, was helfen kann, Geburtsfehler wie Spina bifida zu verhindern. Solche Medikamente könnten auch die Wirkung von Folsäure während der Schwangerschaft verbessern, von der bereits bekannt ist, dass sie solche Probleme vorbeugen kann.

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Dr. Eirini Maniou, Postdoktorandin, leitete die Forschung. Sie erklärte, dass der Einsatz neuer Materialien und fortschrittlicher Mikroskopie unsere Sicht auf die embryonale Entwicklung revolutionieren kann. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, innovative Wege zur Prävention und Behandlung von Problemen des zentralen Nervensystems zu entwickeln.

Das Team entdeckte, dass ihre Technologie mit menschlichen Stammzellen funktioniert, während diese sich in Rückenmarkszellen verwandeln. In Zukunft könnte dies es Wissenschaftlern ermöglichen, Stammzellen von gesunden Menschen mit denen von Menschen mit spina bifida zu vergleichen. Dies könnte dazu beitragen, zu verstehen, warum einige Menschen diese Erkrankung entwickeln.

Dr. Gabriel Galea vom UCL Great Ormond Street Institute of Child Health betonte, dass diese Technologie vielseitig einsetzbar ist. Er hofft, dass auch andere Forschergruppen sie bald anwenden werden.

Professor Nicola Elvassore von der Universität Padua und vom VIMM, einer der Mitautoren der Studie, erklärte, dass diese Entdeckung unser Verständnis der mechanischen Kräfte während der Embryonalentwicklung verbessert. Dieses Wissen eröffnet neue Möglichkeiten zur Vermeidung von Krankheiten wie Spina bifida. Die genaue Messung dieser Kräfte stellt einen bedeutenden Fortschritt dar.

Diese Entdeckung könnte die biomedizinische Forschung revolutionieren, indem sie neue Methoden zur Verhinderung und Behandlung von Geburtsfehlern bietet. Der Fortschritt dieser Studie zeigt eindrucksvoll, wie effektiv moderne Technologien und die Zusammenarbeit verschiedener Fachbereiche sein können.