Verheerende virale Infekte, die von Tieren auf Menschen übertragen werden, haben in den letzten Jahrzehnten zugenommen. Aktuelle Beispiele sind neben Ebola das Zika-, das Frühsommer-Meningoenzephalitis- (FSME) und das Affenpockenvirus. Diese drei wirken sich auch auf das Gehirn aus, sind also neurotrop, und sind deshalb «eine besonders ernste Gefahr für die menschliche Gesundheit», wie das Institut für Virologie und Immunologie IVI schreibt. Dennoch bestehen noch grosse Wissenslücken darüber, wie diese Viren Krankheiten verursachen und wie sie auf mögliche Therapien reagieren. Dies erschwert die Entwicklung wirksamer Behandlungen.
Von Tieren zu Zellen
Isabel Schultz-Pernice hat deshalb die vergangenen Jahre der Erforschung dieser Viren gewidmet. Mitte Mai verteidigte sie ihre Dissertation erfolgreich. «Ich untersuchte zentrale Aspekte der Entstehung und Entwicklung der Krankheiten, die vom Affenpocken-, FSME- und Zika-Virus ausgelöst werden», erklärt sie. Dies tat sie zu einem grossen Teil mithilfe eines hochentwickelten In-vitro-Modells des menschlichen Gehirns – sogenannter humaner neuraler Organoide. «Es gibt nicht viele Labore, die mit Organoiden arbeiten. Aus persönlichen Gründen wollte ich möglichst nicht an Tieren forschen, sondern mit komplexeren menschlichen In-vitro-Modellen. Das war ein wichtiger Grund, weshalb ich ans IVI nach Bern und Mittelhäusern kam», sagt die in München aufgewachsene Deutsch-Italienerin. Sie war von klein auf von der Natur und von Tieren fasziniert und entschied sich deshalb für ein Biologiestudium. «Während der Studienzeit entdeckte ich dann die Zellbiologie für mich.» Während ihrer Masterarbeit gewann Schultz-Pernice erstmals Einblicke in die Forschung mit Organoiden. Bald einmal war klar, dass sie diese Arbeitsweise für die Dissertation wählen würde.
Humane Organoide
Organoide können nicht immer ein Versuchstier ersetzen – und umgekehrt. Heute arbeiten Forschende bei Tierversuchen nach dem «3R-Prinzip»: Ersetzen, Reduzieren, Optimieren. Für manche Fragestellungen eignen sich Organoide sowieso am besten. Etwa dann, wenn es nicht um die Wirkung im ganzen Organismus, sondern um spezifische Fragen geht. «Organoide sind aus verschiedenen Zelltypen zusammengesetzt, die wir aus gezüchteten Stammzellen gewinnen», erklärt die Biologin. «Dank der Interaktion, Funktionalität und Struktur dieser Zellen können wir Einblicke in menschenspezifische Aspekte der Krankheiten gewinnen.» Gehirn-Organoide sind keine Mini-Gehirne, wie sie betont. Es handelt sich dabei um Zellaggregate, also «komplexe Zellhaufen» mit einer gewissen Funktionalität, die aber weder sehen, hören, riechen oder denken können. Etwa zehn Tage lang wachsen die gezüchteten Zellen, bis sie zu neuralen, also Gehirnzellen werden. Anschliessend können die Forschenden mit den etwa 3 mm kleinen Organoiden arbeiten, im Extremfall mehr als 100 Tage lang. Um stets Nachschub zu haben, müssen diese Zellen regelmässig mit Nährstoffen gefüttert und gepflegt werden. Am IVI wird das meiste händisch gemacht, z. B. mit Pipetten. Für Wochenenden, Feiertage und Ferien spricht sich das Team deshalb gut ab, denn je nach Phase der Arbeiten muss täglich jemand vor Ort sein.
Wichtige Puzzlestücke
Vier Jahre lang arbeitete Schultz-Pernice im Forschungsteam von Prof. Dr. Marco Alves. Die Resultate ihrer Dissertation sind ein wichtiger Beitrag in der Bekämpfung viraler Krankheiten. «Wir konnten aufzeigen, wie man Organoide nutzen kann, um gewisse Aspekte von Virusinfektionen zu erforschen. Wir untersuchten zum Beispiel, was für Mechanismen hinter der Krankheit Mpox-Enzephalitis stecken, und erforschten mögliche Therapieansätze.» Auf internationaler Ebene sind dies Puzzlestücke, die zu einem Gesamtbild beitragen sollen. Die 32-Jährige und ihr Team konnten etwa nachweisen, dass ein bestimmtes Medikament die Ausbreitung von Affenpockenviren zwar eindämmen, neuronale Schäden jedoch nicht vollständig verhindern kann. Und sie identifizierten zwei Wirkstoffe, die die Vermehrung von FSME-Viren hemmen.
Nun, mit PhD, arbeitet Isabel Schultz-Pernice weiter mit Organoiden und untersucht z. B., wie Viren die Plazenta-Schranke überwinden können. Sie schätzt sich glücklich, dank einer Post-Doktoranden-Stelle weiterhin in Bern und Mittelhäusern forschen zu können.
