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Im Labor gezüchtetes Zellgewebe

Hirn, Darm und Co. aus dem Reagenzglas

Aus menschlichen Stammzellen züchten Forscher seit kurzem hirn-, darm- und nierenähnliche "Organoide". Damit können sie die Organentwicklung studieren, Krankheiten erforschen, Medikamente testen und in Zukunft vielleicht sogar Ersatzteile für eine Transplantation bereitstellen, wie österreichische Forscher berichten.

Zellbiologie 18.07.2014

Zwei essenzielle Dinge

Beschränkte man sich zunächst darauf, aus Stammzellen in flachen Kulturschalen lauter gleichartige Gewebezellen zu erzeugen, habe man nun begonnen, dreidimensionale Zellkulturen mit unterschiedlichen Zelltypen eines Organs zu züchten, so Madeline Lancaster und Jürgen Knoblich vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in ihrem Statusbericht. Diese könne man als "Organoide" bezeichnen, wenn sie außerdem einige Funktionen des jeweiligen Organs erfüllen und auch ähnlich wie dieses aufgebaut sind, schlagen sie in dem Artikel vor.

Der Bericht:

"Organogenesis in a dish: Modeling development and disease using organoid technologies" von Madeline Lancaster und Jürgen Knoblich ist am 18. Juli 2014in "Science"erschienen.

Für den korrekten Aufbau eines natürlichen Organs und künstlichen Organoids sind den Autoren zufolge zwei Dinge essenziell: Erstens, dass Zellen "wandern" können und durch bestimmte Eiweißstoffe an der Zelloberfläche gleichartige Nachbarzellen finden, mit denen sie sich zusammentun. Zweitens, dass aus Vorläuferzellen an den richtigen Stellen spezialisierte Zellen gebildet werden. Beide Mechanismen sind zum Beispiel nötig, damit die unterschiedlichen Zellschichten in der Augen-Netzhaut angelegt werden, erklärten sie.

Anordnung noch mangelhaft

Damit Organoide im Labor entstehen können, seien spezielle Wachstumsbedingungen in einem "Bioreaktor" nötig. Das Ausgangsgewebe wird dabei in eine gelatineartige Substanz namens "Matrigel" gesteckt, die die natürliche Umgebung der Zellen im jeweiligen Entwicklungsstadium nachahmt. Diese Kügelchen kommen in ein Reagenzglas, wo sie von Nährlösung umspült werden. So kann zumindest teilweise kompensiert werden, dass in diesen Organoiden kaum Gefäße gebildet und sie dadurch schlecht versorgt werden.

Was bei den aktuellen Organoiden noch nicht so ganz funktioniert, ist die korrekte Anordnung der Einzelteile. So hatten von Lancaster und Knoblich vor kurzem im Labor gezüchteten "Mini-Hirne" zwar die einzelnen, dem menschlichen Hirn entsprechenden Regionen, diese waren aber zufällig zueinander angeordnet.

Medikamententests und "Ersatzteile"

Mit einigen Organoiden würde man bereits jetzt die Entwicklung von Organen und Krankheiten untersuchen, berichteten sie, zum Beispiel Infektionskrankheiten und Tumore bei Darm-Organoiden. Mit Hirn-Nachbauten könnte man in Zukunft vielleicht Autismus, Schizophrenie und Epilepsie sowie neurodegenerative Krankheiten wie Alzheimer studieren.

Organoide seien auch nützlich, um wirksame Medikamente zu finden und ihre Nebenwirkungen zu testen. Vor allem Leber-Nachbauten wären sehr hilfreich, denn die menschliche Leber geht mit Medikamenten oft anders um als die Organe in den Tiermodellen, erklärten die Forscher. Sie kann zum Beispiel Wirkstoffe, die in Mäusen gut wirken, rasch abbauen oder sogar Giftstoffe daraus produzieren.

Schließlich hätten die gezüchteten Organe auch das Potenzial, früher oder später als "menschliche Ersatzteile" zu dienen, die bei Transplantationen eingesetzt werden. Dabei gäbe es zwar noch viele Hürden, aber mit Mäuseleber-Organoiden habe man zum Beispiel bereits gezeigt, dass eine Transplantation die Sterblichkeit in leberkranken Mäusen verringert.

science.ORF.at/APA

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