Mittlerweile greifen Forschende zunehmend auf Organoide zurück. Das sind Mini-Organe, die im Labor aus gezüchteten Zellgruppen entstehen und nur wenige Millimeter groß sind. Sie bilden organähnliche Strukturen, die nachvollziehbar machen, wie sich menschliche Organe entwickeln und was geschieht, wenn sie erkranken.
Bildung der Herzorganoide
Doch die Herstellung ist schwierig. Der genaue Ablaufplan an Wachstumsfaktoren, Nährstoffen und Signalmolekülen muss eingehalten werden. 2021 gelang es Forschenden der Medizinischen Hochschule Hannover in Kooperation mit den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe bereits die Bildung eines Herzorganoiden bis zur frühen Stufe eines menschlichen Herzens in der Zellkultur. Probleme bereitete die Entwicklung inklusive der Blutbildung. In der embryonalen Entwicklung beginnt die Blutbildung bereits nach der vierten Woche in der Aorta, örtlich in der Nähe der Herzanlage.
Durch die stufenweise Ergänzung spezieller Faktoren konnte nun ein blutbildendes Herzorganoid hergestellt werden. Für die Herstellung verwenden die Forschenden pluripotente Stammzellen (hPSC), die sich durch ihre besonderen Eigenschaften besonders dafür eignen. Sie können unbegrenzt vemrehrt werden und sich in jeden beliebigen Zelltypen weiterentwickeln. Eingebettet in eine Hydrogel-Matrix werden die Zellen durch biologische und chemiche Signale so geleitet, dass sie sich innerhalb von zehn bis vierzehn Tagen in Herzorganoide entwickeln: ein komplexes Organoid, dass mindestens aus sieben verschiedenen, klar strukturierten Zell- und Gewebetypen besteht.
Flexibler Versuchsaufbau
Das Mini-Herz umfasst zudem die Anlagen des Herzens, Vorläufer für Leber und die Blutgefäße. Die Forschenden passten ihre Versuchsanleitung Stück für Stück an und ergänzten eine dichte Endothelschicht. Daraus gehen die blutbildenden Zellen und Vorläuferzellen hervor. „Das ist das erste humane Organmodell dieser Art, das alle Gewebe entsprechend der Entwicklung im Embryo vereint“, erläutert die Erstautorin Dr. Miriana Dardano.
Besonders praktisch, die neue Versuchsanleitung ist flexibel wie ein Baukasten. So können andere Forschenden überprüfen, wie das Zusammenspiel mit der Blutbildung abläuft und das Prinzip kann auf die Bildung weiterer Organe angewandt werden. Doch die neuen Erkenntnisse eignen sich nicht nur für die Forschung zur Organentwicklung. Auch Infektionskrankheiten und ihre Auswirkungen auf Herz und Gefäße können so untersucht und besser verstanden werden. Ein weiterer Einsatzort ist der Test pharmakologischer Wirkstoffe. Tiermodelle können umgangen werden, da die Untersuchungen an den Organoiden sogar besser funktionieren.
Quelle: idw
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