Menschliche Gehirne, Därme und Nieren aus dem Reagenzglas

19. Juli 2014, 17:58
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Wiener Forscher geben in "Science" Statusbericht zur Entwicklung aus Stammzellen hergestellter Organoide

Wien - Im August vergangenen Jahres sorgten Jürgen Knoblich und Madeline Lancaster  vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) mit einer wissenschaftlichen Sensation für Aufsehen in der Fachwelt und weit darüber hinaus. Den erbsengroßen von den Forschern als Organoide bezeichneten Strukturen sollen Einblicke in die frühe Gehirnentwicklung liefern und in weiterer Folge dabei helfen, Erbkrankheiten des Nervensystems zu untersuchen.

Mittlerweile kommen neben den hirnähnlichen Organoide auch andere Organ-Rudimente aus dem Labor, wie die österreichischen Wissenschafter nun in einem Statusbericht in der Fachzeitschrift "Science" berichten.

Kulturen mit unterschiedlichen Zelltypen

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 Lancaster und Knoblich. 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.

Für den korrekten Aufbau eines natürlichen Organs und künstlichen Organoids seien 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.

Organoide aus dem Bioreaktor

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 werden 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 im Labor gezüchteten "Mini-Hirne" zwar die einzelnen, dem menschlichen Hirn entsprechenden Regionen, diese waren aber zufällig zueinander angeordnet.

Hirn-Nachbauten zum Studium von Krankheiten

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.

Viele Hürden zum "menschlichen Ersatzteillager"

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. (APA/red, derStandard.at, 19.07.2014)

  • Jürgen Knoblich ist Senior Scientist und stellvertretender Leiter des Instituts für molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seine Forschungen mit Organoiden aus Stammzellen haben im Vorjahr für weltweite Aufmerksamkeit gesorgt.
    foto: apa/barbara gindl

    Jürgen Knoblich ist Senior Scientist und stellvertretender Leiter des Instituts für molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften. Seine Forschungen mit Organoiden aus Stammzellen haben im Vorjahr für weltweite Aufmerksamkeit gesorgt.

  • In Bioreaktoren wie diesen reifen die Organoiden allmählich heran.
    foto: reuters/magdalena renner-imba

    In Bioreaktoren wie diesen reifen die Organoiden allmählich heran.

  • Die Endprodukte sehen dann etwa so aus: In diesem Fall handelt es sich um ein "Minihirn", an dem sich Netzhautgewebe gebildet hat.
    foto: reuters/madeline lancaster-imba

    Die Endprodukte sehen dann etwa so aus: In diesem Fall handelt es sich um ein "Minihirn", an dem sich Netzhautgewebe gebildet hat.

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