Forscher entwickeln innovatives Modell zur Untersuchung des Geruchssinns

Mithilfe eines neu entwickelten dreidimensionalen Modells zur Untersuchung der Regeneration von Nervengewebe in der Nase haben Forscher der Tufts University School of Medicine und der Graduate School of Biomedical Sciences (GSBS) sowie Kollegen herausgefunden, dass eine Art von Stammzellen, von denen angenommen wird, dass sie ruhen, eine wichtigere Rolle bei der Erhaltung des Geruchssinns spielen könnte als ursprünglich angenommen. Im Gegensatz zu Zellen im Zentralnervensystem verfügen sensorische Neuronen in der Nasenhöhle über eine bemerkenswerte Fähigkeit, sich ein Leben lang zu regenerieren, obwohl sie nahezu ständig der äußeren Umgebung ausgesetzt sind. Virusinfektionen wie COVID-19, die Einwirkung von Toxinen oder sogar das Altern selbst können ihre Funktion oder die Fähigkeit dieser Zellen zur Replikation beeinträchtigen, was zu einem teilweisen oder vollständigen Verlust des Geruchssinns führen kann. Das Forscherteam entwickelte ein neues, einfach zu erstellendes dreidimensionales Riechgewebe-Mausmodell oder Organoid, um Wissenschaftlern dabei zu helfen, besser zu untersuchen, wie Neuronen kontinuierlich in der Nase gebildet werden und warum dieser Prozess bei Krankheit und Alterung nachlassen könnte. Ihre kürzlich in Cell Reports Methods veröffentlichte Forschung zeigt anhand dieses Mausmodells, wie zwei Arten von Stammzellen in der Nase, horizontale Basalzellen (HBCs) und globose Basalzellen (GBCs), kommunizieren und sich gegenseitig unterstützen, um neues geruchsempfindliches Nervengewebe zu entwickeln. „Unsere Forschung legt nahe, dass diese beiden Stammzellen möglicherweise voneinander abhängig sind“, sagt er. sagt Brian Lin, leitender Autor der Studie und wissenschaftlicher Assistenzprofessor in der Abteilung für Entwicklungs-, Molekular- und Chemische Biologie. „Ein Typ, von dem wir dachten, dass er weitgehend inaktiv ist – HBCs – könnte tatsächlich eine entscheidende Rolle bei der Unterstützung der Produktion neuer Neuronen und der Reparatur von beschädigtem Gewebe spielen.“ Mithilfe dieses Modells identifizierte das Team eine spezifische Subpopulation von HBCs, die durch die Produktion des Proteins KRT5 gekennzeichnet sind und die Bildung neuer Riechneuronen aktiv unterstützen. Die Forscher beobachteten, dass diese besonderen HBCs eine Schlüsselrolle bei der Bildung der Organoide spielen, und sie fanden heraus, dass die Bildung neuer Neuronen deutlich beeinträchtigt war, wenn diese Zellen selektiv aus den Organoidkulturen entfernt wurden. Diese Ergebnisse legen nahe, dass diese Stammzellen, die einst als ruhend galten, wesentliche Akteure im Regenerationsprozess sind. „Wir haben uns auch Zellen von Mäusen unterschiedlichen Alters angesehen und sie im Modell wachsen lassen“, sagt er. Sagt Lin. „Wir fanden einen Rückgang der Fähigkeit der älteren Mäusezellen, neue Neuronen zu erzeugen.“ Wir glauben, dass dies auf einen Rückgang der GBC-Population mit zunehmendem Alter zurückzuführen ist, aber wir müssen mehr Arbeit leisten, um diese Hypothese zu testen und, falls ja, Möglichkeiten entwickeln, sie zu verjüngen.“ Hauptautorin der Studie, Juliana Gutschow Gameiro, eine ehemalige Doktorandin. Student, der die GSBS besucht, kam von der State University of Londrina, Parana, in Brasilien zu Tufts. Lin sagt, sie habe sich der Entwicklung eines Modells verschrieben, das in Laboren mit begrenzten Mitteln und Geräten einfach zu erstellen sei.