Gezielte Mikroinjektion und Elektroporation von Hirnorganoiden von Primaten zur genetischen Modifikation

Unser Forschungsgebiet ist die Entwicklung und Evolution des Primatengehirns. Wir versuchen, die Faktoren zu verstehen, die der neokortikalen Expansion bei Primaten zugrunde liegen. Um diese Frage praxisnah und ethisch vertretbar zu beantworten, verwenden wir Hirnorganoide als Forschungsmodell.

In jüngster Zeit sind Unterschiede in der Gehirnentwicklung zwischen modernen Menschen, uns und Neandertalern aufgetaucht. Diese Unterschiede sind auf eine kleine Anzahl von Aminosäureveränderungen in Proteinen zurückzuführen, die eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung des Gehirns spielen. Zerebrale Organoide waren ein entscheidendes Modellsystem in diesen Studien.

Die Untersuchung der Entwicklung von Primaten aus evolutionärer Sicht ist wichtig, indem Studien zum Funktionsgewinn und -verlust durchgeführt werden. Allerdings können Menschenaffen natürlich nicht für solche Experimente verwendet werden, so dass die genetische Veränderung von Organoiden auf diesem Gebiet eine wichtige Rolle spielt. Während seiner Arbeit als Postdoc in meinem Labor konnte Michael Heide zeigen, dass das humanspezifische Gen ARHGAP11B eine Schlüsselrolle bei der Vergrößerung des Gehirns während der menschlichen Evolution spielt.

Als Gruppenleiter am Deutschen Primatenzentrum steuerte Michael entscheidende Erkenntnisse bei, indem er menschliche und Schimpansen-Hirnorganoide verglich. Unser Protokoll bietet einen gezielten Ansatz für genetische Modifikationen durch spezifische Mikroinjektionen ventrikelähnlicher Strukturen anstelle von kommerziellen Elektroporationsküvetten. Dieser Ansatz verwendet einen kostengünstigen Aufbau mit Rechteck-Elektroporator und Petrischale-Elektrodenkammer anstelle teurer Kerneffektorlösungen.

Während die Untersuchung der Funktion und der Gehirnentwicklung bei Primaten durch genetische Modifikation technisch möglich ist, ist sie methodisch anspruchsvoll, teuer und für Menschenaffen nicht erlaubt. Die Elektroporation von Hirnorganoiden von Primaten bietet einen schnellen und kostengünstigen Ansatz, um genetische Modifikationen in ein Modell einzubringen, das der Entwicklung des Primatengehirns nahe kommt. In Zukunft möchten wir uns auf die Charakterisierung von differentiell exprimierten Genen im Kortex verschiedener Primatenarten konzentrieren.

Wir werden diese Gene durch die Elektroporation von Hirnorganoiden von Primaten untersuchen und ihre möglichen Auswirkungen auf kortikale Vorläuferzellen analysieren.