Wissenschaft

Menschliche Mini-Speiseröhre im Labor gezüchtet

Organoide aus Stammzellen können Wissenschaftlern dabei helfen, Krankheiten besser zu erkennen und zu behandeln. Montag, 24. September 2018

Von Emily Mullin
Ein zwei Monate alter Speiseröhren-Organoid wächst unter dem Mikroskop im Labor weiter.

In Cincinnati haben Wissenschaftler Miniaturversionen von Speiseröhren erzeugt – jenem Organ, das unsere Nahrung in unseren Magen leitet. Zum ersten Mal ist ihnen das ausschließlich auf Basis menschlicher Stammzellen gelungen. 

Die sogenannten Organoide aus dem Labor sind kleine Gewebehäufchen, die einer echten menschlichen Speiseröhre ähneln, wie die Forscher im Fachmagazin „Cell Stem Cell“ berichteten. Zuvor haben Wissenschaftler bereits erfolgreich alle möglichen Organoide gezüchtet, darunter Mägen, Nieren und Gehirne. Selbst eine Speiseröhre war zuvor schon aus dem Gewebe eines erwachsenen Patienten gezüchtet worden.

Diese winzigen Petrischalen-Organe helfen den Wissenschaftlern dabei zu untersuchen, wie sich solche Organe im Normalfall entwickeln. Darüber hinaus lässt sich mithilfe dieser künstlichen Körperteile herausfinden, welche Probleme beim Wachstum auftreten und zu Krebs und anderen Krankheiten führen können. 

„Wir brauchen dringend dreidimensionale Labormodelle menschlicher Speiseröhren, insbesondere, da die Anatomie von Mäusen sich grundlegend von der menschlichen Anatomie unterscheidet“, sagt Rebecca Fitzgerald. Die Speiseröhrenkrebsforscherin der University of Cambridge war an der Studie nicht beteiligt. 

Da Organoide als eine Art Ersatz für tatsächliche Organe fungieren, kann man an ihnen auch Medikamente testen, um vorherzusagen, wie Patienten auf verschiedene Behandlungsmethoden reagieren könnten.  

„Da sie in einer Petrischale wachsen, können wir nach Belieben an ihnen herumspielen“, sagt James Wells, einer der Autoren der neuen Studien und Chefwissenschaftler des Cincinnati Children's Center for Stem Cell and Organoid Medicine. 

Immer das Rezept befolgen 

Wells und seine Kollegen begannen mit induzierten pluripotenten Stammzellen – eine Art „Masterzelle“, die zu jeder anderen Zelle im Körper werden kann. Um daraus spezialisierte Speiseröhrezellen zu gewinnen, erhielten die Stammzellen eine Mischung aus chemischen Verbindungen und Proteinen. 

„Sie dienen als Signal, das den pluripotenten Stammzellen dabei hilft, Speiseröhrengewebe zu bilden“, so Wells. „Das ist so, als würde man einem Rezept folgen.“ 

Ein besonders wichtiger Schritt bei diesem Rezept war das Gen Sox2 und sein zugehöriges Protein, die beide mit krankhaften Veränderungen der Speiseröhre in Zusammenhang stehen. Das Team fand heraus, dass dieses Gen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Speiseröhre im menschlichen Embryo spielt. Es hat etwa zwei Monate gedauert, die winzigen Zellhäufchen, die jeweils nur etwa einen Millimeter breit sind, im Labor zu züchten. 

Wells und sein Team aus Cincinnati züchten bereits ein paar Organoide, um bei der Diagnose von Patienten zu helfen, deren Krankheiten sich auf die Speiseröhre auswirken können. Das Krankenhaus beabsichtigt auch, personalisierte Mini-Organe von Kindern mit Magen-Darm-Störungen anzufertigen. 

„Nehmen wir mal an, dass man in der Klinik alles in seiner Macht Stehende getan hat, um herauszufinden, was mit dem Patienten nicht stimmt. Alle klinischen Standardtests wurden durchgeführt“, so Wells. 

Dann wird der Patient in einen speziell angefertigten MRI-Scanner gesteckt, der ein 3D-Bild von den Organen des Kindes anfertigt. Dieses Bild wird zu einem Team von Chirurgen geschickt, die dann darüber beraten, ob das Organ mit einer OP repariert werden kann. Derweil entnehmen die Ärzte ein winziges Gewebestück vom Patienten und schicken es in Wells’ Labor. Dort werden aus dem Gewebe Stammzellen gezüchtet, aus denen Organoide wachsen. Wenn man diese Mini-Organe außerhalb des Patienten untersuchen kann, kann das zu einer Diagnose führen. 

Neue Möglichkeiten 

Wells hofft, dass man in Zukunft Organoide züchten könnte, die direkt in Patienten transplantiert werden, welche mit ungesundem oder fehlendem Speiseröhrengewebe geboren werden. Ihm zufolge könnte eine solche Prozedur auch Erwachsenen zugutekommen, die aufgrund einer Krebserkrankung Teile ihrer Speiseröhre entfernen lassen mussten. 

„Langfristig wollen wir Gewebe züchten, um Chirurgen bei der Rekonstruktion der Speiseröhre zu helfen, vor allem in solchen Fällen, bei denen zu viel fehlt, um den Verlust chirurgisch zu kompensieren“, erklärt Wells. Solche Vorgänge liegen aber wahrscheinlich noch einige Jahre in der Zukunft. 

Wenn man mit Stammzellen als Ausgangsmaterial arbeitet, „könnte das ein großer Vorteil sein, da einige Patienten vielleicht kein gesundes Speiseröhrengewebe haben, aus dem man eine neue Speiseröhre züchten könnte“, sagt Paul Knoepfler. Der Biologe forscht im Bereich Stammzellen an der School of Medicine der University of California in Davis. Es sei auch möglich, dass Speiseröhren-Organoide aus Stammzellen größer werden oder mehr Zelltypen produzieren, die natürlich in Speiseröhren vorkommen, wie er sagt.  

Eines fehlte den Petrischalen-Speiseröhre allerdings noch: Der Hohlraum, durch den Speisen und Getränke transportiert werden. 

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

Wei­ter­le­sen