AG Gopalakrishnan: Humane Organoide für Alternsforschung und Umweltmedizin

Liaisongruppe zwischen dem IUF und dem Institut für Humangenetik an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Herstellung von humanen Gehirnorganoiden „Gehirne in der Zellkulturschale“ um die Entwicklung des Gehirns zu untersuchen. (Gabriel et al., EMBO Journal 2016).

Arbeitsgruppenleiter:
Univ.-Prof. Jay Gopalakrishnan, PhD tl_files/bilder/mail.gif

Postdocs:

Dr. Anand Ramani

Externer Link:
www.centrosome-cilia-lab.com

Forschungsprofil

Umweltbelastungen wie Luftverschmutzung, ionisierende Strahlung und Xenobiotika stellen ein Risiko für die Gesundheit dar. Die Schäden auf der Zellebene, die durch diese Belastungen hervorgerufen werden, sind komplex und daher schwierig zu modellieren. Unsere aktuellen Kenntnisse basieren überwiegend auf Tiermodellen, die die Zellschäden im menschlichen Organismus vielleicht nicht ausreichend wiedergeben können. Um Gesundheitsrisiken abzuschätzen und Strategien für Prävention und Intervention zu entwickeln, ist es angezeigt, umweltinduzierte Schäden auf der Zellebene in krankheitsrelevanten humanen 3D-Organoiden zu modellieren. Organoide sind humane in vitro 3D-Gewebe, die Gewebeanteile von verschiedenen Organen nachahmen. Diese humanen Organoide werden nicht nur den Einsatz von Tieren verringern, sondern auch helfen die Auswirkungen im menschlichen Organismus besser zu verstehen. Um diese humanen in vitro Organoide zu entwickeln, braucht man einen reduktionistischen Ansatz, der damit beginnt, wie Stammzellen Komplexe bilden.

 

Wir haben die selbtsorganisierenden Eigenschaften von iPS-Zell-basierten neuralen Vorläuferzellen genutzt und humane 3D-Gehirnorganoide („Mini Gehirne“ in der Zellkulturschale) hergestellt, welche einen Teil des komplexen Gehirngewebes widerspiegeln können. Aufbauend auf diesem System verfolgen wir in einem multidisziplinären Ansatz folgende Ziele: (1) Das Voranbringen der Gehirnorganoid-Kulturtechnik, um Gehirnorganoide zu entwickeln, die ausgedehnte Kortikalisschichten und Hirnregionen von höherer Ordnung darstellen können. (2) Die Modellierung von durch ionisierende Strahlung, Methamphetamine oder Alkohol induzierten Störungen der Entwicklung des Nervensystems. (3) Humane Hirnorganoide als Modelle für neurodegenerative Erkrankungen zu entwickeln und diese dann für die Erforschung umweltinduzierter, neurodegenerativer Veränderungen zu verwenden.

 

Für diese Experimente werden wir humane 3D-Gewebe in Kombination mit modernsten Techniken wie „Genomic editing“ und hochauflösenden Bildgebungsverfahren verwenden.

Kooperationen

IUF-intern:
Core Unit Modellentwicklung (Leiter: A. Rossi)
AG Fritsche
AG Krutmann
AG von Mikecz
AG Schins
AG Ventura

Ausgewählte Publikationen

Gabriel E, Gopalakrishnan J: Generation of iPSC-derived human brain organoids to model early neurodevelopmental disorders. J Vis Exp 14: 122, 2017. [pubmed]

 

Gabriel E, Ramani A, Karow U, Gottardo M, Natarajan K, Gooi LM, Goranci-Buzhala G, Krut O, Peters F, Nikolic M, Kuivanen S, Korhonen E, Smura T, Vapalahti O, Papantonis A, Schmidt-Chanasit J, Riparbelli M, Callaini G, Krönke M, Utermöhlen O, Gopalakrishnan J: Recent Zika virus isolates induce premature differentiation of neural progenitors in human brain organoids. Cell Stem Cell 20: 1-10, 2017. [pubmed] (open access)

 

Gabriel E, Wason A, Ramani A, Gooi LM, Keller P, Pozniakovsky A, Poser I, Noack F, Telugu NS, Calegari F, Šarić T, Hescheler J, Hyman AA, Gottardo M, Callaini G, Alkuraya FS, Gopalakrishnan J: CPAP promotes timely cilium disassembly to maintain neural progenitor pool. EMBO J. 35(8): 803-819, 2016. (Cover article) [pubmed] (open access)