Durchbruch bei künstlichen Organen, die ihre eigenen Blutgefäße bilden

Laut Nature haben Forscher die fortschrittlichsten Miniatur-Organmodelle 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, um Blut zu filtern, und Lungen benötigen sie für den Gasaustausch.

Letzten Monat veröffentlichten zwei unabhängige Forschungsteams in den Fachzeitschriften Science und Cell, wie man vaskularisierte Organoide von Grund auf erzeugt. Sie begannen mit pluripotenten Stammzellen und manipulierten deren Differenzierung, um sowohl Organgewebe als auch 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 mischten Forschungsteams Blutgefäßgewebe und anderes Gewebe häufig separat zu einem „Assembloid“ (einem Reagenzglasmodell, das viele Organoide oder andere Zellen kombinierte), doch dieser Ansatz konnte die tatsächliche Struktur noch immer nicht vollständig reproduzieren.

Der Durchbruch kam durch eine zufällige Entdeckung bei der Kultivierung von Epithelzellen. Mehrere Forschungsgruppen, darunter die University of Michigan, stellten fest, dass Organoide spontan mehr vaskuläre Endothelzellen produzieren. 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 Wachsen entgegengesetzte molekulare Signale benötigten. Das Team fand jedoch einen Weg, den Zeitpunkt der Zugabe stimulierender Moleküle anzupassen, sodass beide Zelltypen gemeinsam wachsen konnten.

Infolgedessen differenzierten sich die Lungenorganoide, als sie in Mäuse implantiert wurden, in viele Zelltypen, darunter auch in Zellen, die spezifisch für die Alveolen – den Ort des Gasaustauschs – sind. Auf einem dreidimensionalen Gerüst wuchsen sie, ordneten sich selbst zu alveolarähnlichen 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 kleine Verzweigungen, die sich durch das Gewebe schlängelten. Mit diesem Ansatz entstanden auch Miniaturlebern mit vielen winzigen Blutgefäßen.

Aktuelle Organoide bilden jedoch 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 „Ventile“ 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