Erstes vollständig synthetisches menschliches Gehirnmodell

Kleines Gerüst, große Fragen

Am 11. Dezember 2025 stellte ein Team der University of California, Riverside eine Laborplattform namens BIPORES vor: einen zwei Millimeter großen Block aus synthetischem Gewebe, der aus einem chemisch neutralen Polymer besteht und nach Angaben der Forscher erstmals menschliche neurale Stammzellen ohne tierische Bestandteile unterstützt. Die Struktur ist absichtlich porös und bikontinuierlich gestaltet, sodass Sauerstoff und Nährstoffe durch Mikrokanäle fließen können – ein technisches Detail, das eine Handvoll Nervenzellen in ein lebendes Netzwerk verwandelt, das in der Lage ist, aktive Verbindungen zu knüpfen. Die Arbeit ist physisch klein, aber von großer Bedeutung: Sie bietet einen neuen, tierversuchsfreien Weg, um Teile des sich entwickelnden menschlichen Gehirns zu modellieren und Medikamente zu testen, während sie gleichzeitig vertraute ethische und kulturelle Bilder darüber wiederbelebt, was es bedeutet, gehirnähnliche Systeme im Labor zu erschaffen.

Materialien und Methode: PEG, Bijel-Inspiration und Licht

Das Gerüst basiert auf Polyethylenglykol (PEG), einem weit verbreiteten, biologisch inerten Polymer. PEG allein bietet nicht die biochemischen Signale, die Zellen normalerweise zur Anhaftung und Organisation nutzen. Die UCR-Forscher umgingen dies, indem sie sich eher an einer Geometrie als an der Biologie orientierten: Sie modellierten das Material nach dem Vorbild von „Bijels“ – bikontinuierlichen Gelen, deren interne Architektur miteinander verflochtene, aber durchgehende Kanäle bildet. Indem sie ein Wasser-Ethanol-PEG-Gemisch durch Glasmikroröhren pressten und es mit einem Lichtblitz verfestigten, stellte das Team fadenförmige Stränge mit internen, wellenförmigen Kanälen her. Ein 3D-Drucksystem trägt dann Schichten dieser Filamente auf, um einen stabilen Block zu bauen, in dem Sauerstoff und Nährstoffe frei zirkulieren können.

Diese perfusierbare, bikontinuierliche Geometrie ist entscheidend. In echtem Gewebe schaffen Blutgefäße und die extrazelluläre Matrix Wege für den Gasaustausch und für Signalmoleküle; in BIPORES ahmen die kontinuierlichen Kanäle diese Funktionen nach und vermeiden die Diffusionsgrenzen, die dichte synthetische Gele plagen. Das Design bietet neuralen Stammzellen eine gastfreundliche, dreidimensionale Umgebung, in der sie anhaften, proliferieren und – was entscheidend ist – aktive Verbindungen bilden können, berichten die Forscher.

Was das Modell leistet – und was nicht

In den aktuellen Experimenten hat das Gerüst einen Durchmesser von zwei Millimetern. Neurale Stammzellen, die in diesen Block eingebracht wurden, überlebten nicht nur, sondern zeigten auch Anzeichen von Netzwerkbildung und elektrophysiologischer Aktivität, die mit frühem Hirngewebe übereinstimmen. Dies sind die Meilensteine, die für Forscher wichtig sind, die für die Toxikologie, Entwicklungsbiologie und das Wirkstoffscreening im Frühstadium Modelle benötigen, die sich wie menschliches Gewebe verhalten.

Doch die Arbeit ist keine Abkürzung zu einer empfindungsfähigen Maschine. Das Modell ist klein, verfügt nicht über die geschichtete Zytoarchitektur eines Kortex und reproduziert weder das volle Spektrum der Zelltypen noch die weitreichende Vernetzung oder die metabolische Komplexität eines lebenden Gehirns. Kurz gesagt: Es handelt sich um ein Gewebemodell – ein künstlich hergestelltes, begrenztes Stück hirnähnlichen Materials – und nicht um ein Organ oder einen Organismus. Das Team selbst betont die unmittelbare Nutzung der Plattform in der Forschung und Arzneimittelentwicklung sowie ihr Potenzial, die Abhängigkeit von tierischen Gerüsten zu verringern, die Variabilität und ethische Kosten in Experimente bringen.

Warum sich die Forschung von tierischen Komponenten abwendet

Seit Jahrzehnten verlassen sich Forscher beim Aufbau von Geweben im Labor auf Matrizen tierischen Ursprungs – zum Beispiel Kollagen oder Matrigel –, weil diese Materialien biochemische Signale enthalten, die den Zellen sagen, wie sie sich verhalten sollen. Tierische Materialien funktionieren zwar, bringen aber Variabilität, regulatorische Hürden und ethische Probleme mit sich und können die Übertragung auf menschliche Therapien oder die Arzneimittelzulassung erschweren. Eine vollständig synthetische Matrix, die dieselben physikalischen und Transporteigenschaften bietet und gleichzeitig chemisch definiert und reproduzierbar ist, ist daher sowohl für die Grundlagenforschung als auch für industrielle Anwendungen attraktiv.

Anwendungen am Horizont

Die kurzfristigen Anwendungen sind praktischer Natur. Pharmaunternehmen und akademische Labore benötigen für Tests neuroaktiver Verbindungen im Frühstadium humanrelevante Gewebemodelle, um Kandidaten zu priorisieren und gescheiterte Übertragungen von Tierversuchen auf den Menschen zu reduzieren. Eine chemisch definierte Plattform könnte die Ergebnisse konsistenter und die regulatorische Prüfung einfacher machen.

Ethische, rechtliche und kulturelle Wellen

Selbst unter Berücksichtigung der oben genannten Vorbehalte lädt ein im Labor gezüchtetes Stück menschliches Hirngewebe zu ethischer Prüfung ein. Die wissenschaftliche Gemeinschaft debattiert seit mehreren Jahren über Organoide – winzige, selbstorganisierende Cluster von Gehirnzellen –, insbesondere darüber, wo die Grenzen bei Komplexität und Erlebnispotenzial zu ziehen sind. BIPORES unterscheidet sich dadurch, dass es konstruiert statt selbstorganisiert ist und bewusst klein gehalten wird, trägt aber dennoch zu einem Kontinuum von Technologien bei, die Laborsysteme näher an Aspekte der menschlichen Gehirnfunktion heranführen.

Diese Nähe hat praktische Konsequenzen. Ethikkommissionen, Förderorganisationen und Regulierungsbehörden müssen abwägen, ob eine neue Aufsicht erforderlich ist, wenn künstliche Gehirnmodelle physiologisch realistischer werden. Zu den Fragen gehört, wie das Wohlergehen von aus Menschen gewonnenem Gewebe zu bewerten ist, wie translationale Anwendungen zu regulieren sind und wie das Vertrauen der Öffentlichkeit sichergestellt werden kann – Bedenken, die über den technischen Nutzen hinausgehen und die gesellschaftliche Lizenz für die Arbeit mit menschlichem Nervenmaterial betreffen.

Skalierung, Standards und die nächsten Experimente

Die technischen Herausforderungen sind zwar klar umrissen, aber nicht trivial: Vergrößerung der Blöcke ohne Entstehung nekrotischer Kerne, Integration vaskulärer oder immunologischer Komponenten bei Bedarf und der Nachweis der Reproduzierbarkeit über verschiedene Chargen hinweg. Das UCR-Team gibt an, sowohl an der Skalierung als auch an der Anpassung der Methode auf andere Organe zu arbeiten. Für Forscher in der Industrie wird der entscheidende Test sein, ob die Plattform die Variabilität verringert und menschliche Ergebnisse besser vorhersagt als bestehende Optionen.

Gleichzeitig bewegt sich das gesamte Fachgebiet in Richtung Evidenzstandards: reproduzierbare Metriken für die elektrophysiologische Reife, vereinbarte Tests für die synaptische Konnektivität und gemeinsame Berichtsformate für künstlich hergestellte Gewebe. Wenn BIPORES und ähnliche Plattformen anhand klinischer Endpunkte beim Menschen validiert werden können, werden sie sich rasch vom Kuriosum zum Werkzeug entwickeln.

Ein kultureller Rahmen

Berichte über im Labor gezüchtete Gehirne ziehen schnell Science-Fiction-Metaphern nach sich – Blade Runner, Ex Machina –, aber dieses Vokabular kann verschleiern, was technisch real und was sensationell ist. Das an der UCR vorgestellte Modell ist ein befähigendes Element der Laborinfrastruktur, kein Weg zum Bewusstsein. Sein Wert liegt in der kontrollierbaren Architektur und dem Transport – den gelösten technischen Problemen – sowie in praktischen Anwendungen, die Tierversuche reduzieren und die Bewertung von Medikamenten im Frühstadium verbessern könnten.

Die richtige Antwort von Wissenschaft und Politik ist weder Technophilie noch Panik: Es sind sorgfältige Bewertung, transparente Berichterstattung und die Entwicklung einer angemessenen Governance, die verantwortungsvolle Forschung ermöglicht und gleichzeitig nützlichen Werkzeugen erlaubt, die Medizin voranzubringen.

Quellen

• University of California, Riverside (BIPORES-Forschungsteam und institutionelle Materialien)
• UCR Lab Preprint / Forschungsbericht (BIPORES-Plattform)
• Nature (Material- und Biomaterialforschung zu Bijels und Gewebezüchtung)