Bahnbrechendes künstliches Organ, das seine eigenen Blutgefäße bildet

Laut Nature haben Forscher die fortschrittlichsten Miniaturorganmodelle aller Zeiten entwickelt, die selbst nährende Blutgefäße erzeugen können.

Diese Strukturen, die Herz, Leber, Lunge und Darm simulieren, enthalten eine Vielzahl von Zelltypen und eine komplexe Organisation, die in früheren Modellen nie zu sehen war.

Organoide – winzige dreidimensionale Zellstrukturen – werden seit langem zur Erforschung von Krankheiten und zur Erprobung von Medikamenten eingesetzt. Den meisten Organoiden fehlen jedoch Blutgefäße, was ihre Größe, Funktion und Reife einschränkt. Beispielsweise benötigen Nieren Blutgefäße zur Blutfilterung und die Lunge zum Gasaustausch.

Letzten Monat berichteten zwei unabhängige Teams in den Fachzeitschriften Science und Cell, wie sie von Grund auf vaskularisierte Organoide geschaffen hatten. Sie begannen mit pluripotenten Stammzellen und manipulierten deren Differenzierung, um gleichzeitig Organgewebe und Blutgefäßzellen zu erzeugen.

„Diese Modelle zeigen wirklich die Leistungsfähigkeit des neuen Ansatzes“, sagte Oscar Abilez, Stammzellenexperte an der Stanford University und Co-Autor der Herz- und Leberstudie.

Anfangs vermischten Forschungsteams Blutgefäßgewebe und anderes Gewebe häufig separat zu einem „Assembloid“ (einem Reagenzglasmodell, das viele Organoide oder andere Zellen kombiniert), doch dieser Ansatz konnte die tatsächliche Struktur noch immer nicht vollständig reproduzieren.

Der Durchbruch kam durch eine zufällige Entdeckung beim Züchten von Epithelzellen. Mehrere Forschungsgruppen, darunter die University of Michigan, stellten fest, dass Organoide spontan mehr vaskuläre Endothelzellen bilden. Anstatt diese zu eliminieren, versuchten sie, dieses Phänomen in Darm-Organoiden zu „reproduzieren“.

Mit diesem Hinweis im Hinterkopf versuchten Yifei Miao und Kollegen am Institut für Zoologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften , die gemeinsame Entwicklung von Epithelzellen und Blutgefäßzellen in derselben Kulturschale zu kontrollieren. Dies war zunächst schwierig, da die beiden Zelltypen zum Wachstum entgegengesetzte molekulare Signale benötigten. Das Team fand jedoch einen Weg, den Zeitpunkt der Zugabe stimulierender Moleküle so anzupassen, dass beide Zelltypen gemeinsam wachsen konnten.

Infolgedessen differenzierten sich die Lungenorganoide nach der Implantation in Mäuse in viele Zelltypen, darunter auch Zellen, die spezifisch für die Alveolen – den Ort des Gasaustauschs – sind. Auf einem dreidimensionalen Gerüst kultiviert, ordneten sie sich selbst zu alveolenähnlichen Strukturen an. Josef Penninger, Experte am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI), wertete dies als interessanten Fortschritt.

In ähnlicher Weise schuf Abilez Herz-Organoide, die Muskelzellen, Blutgefäße und Nerven enthielten. Die Blutgefäße bildeten winzige Verzweigungen, die sich durch das Gewebe schlängelten. Mit diesem Ansatz entstanden auch Miniaturlebern mit vielen winzigen Blutgefäßen.

Aktuelle Organoide bilden jedoch immer noch nur die frühen Stadien der Embryonalentwicklung nach. Damit Organoide wie echte Organe funktionieren, müssten Wissenschaftler laut Penninger größere Blutgefäße, Stützgewebe und Lymphgefäße entwickeln. Die nächste Herausforderung bestehe darin, die Klappen zu öffnen, damit die Blutgefäße tatsächlich Blut transportieren können. „Das ist ein unglaublich spannendes Gebiet“, sagt er.

Quelle: https://baoquocte.vn/dot-pha-noi-tang-nhan-tao-tu-hinh-thanh-mach-mau-320722.html