Un pas de plus vers la transplantation d’organes de laboratoire

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 2020 EPFL

2020 EPFL

Ein an der EPFL entwickeltes Leberorganoid hat ein beispielloses Potenzial auf dem Gebiet der Lebertransplantation und der Erforschung von Lebererkrankungen.

Biologen und Bioingenieure der EPFL haben eine neue Technik entwickelt, um menschliche Lebern im Miniaturformat zu züchten. Ihr Verfahren könnte dazu beitragen, den Weg für die Transplantation von Labororganen zu ebnen. Auf kürzere Sicht wird es auch als wissenschaftliches Modell für die Erprobung von Behandlungsmethoden für alkoholfreie Lebersteatose dienen - der häufigsten Lebererkrankung in westlichen Ländern. Die Ergebnisse werden in Nature Communications veröffentlicht.

Wissenschaftler haben eine vereinfachte Version des Zielorgans geschaffen, die als "Organoid" bezeichnet wird. Dazu verwendeten sie bipotente Stammzellen, die von Natur aus in den Gallengängen vorhanden sind, die die Leber mit der Gallenblase verbinden.

Aber ihre eigentliche Innovation liegt im Nährmedium. Die Forscher haben eine Polyethylenglykol-Matrix entwickelt, die eine strukturierende Rolle spielt. Eine Art Gerüst, dem die Teams von Kristina Schoonjans und Matthias Lutolf Peptide - kleine Proteine - hinzugefügt haben, die es ihnen ermöglichen, Leberzellen zu binden.

Ein Durchbruch für die regenerative Medizin

Im Gegensatz zu den heutigen kommerziellen Substraten ist die EPFL-Matrix chemisch definiert. Künftig könnten seine besser kontrollierten Eigenschaften es ermöglichen, aus Stammzellen transplantierbare Mini-Leber zu züchten, die zur Behandlung von Patienten mit fortgeschrittener Lebererkrankung eingesetzt werden könnten.

"Der kommerzielle Standard basiert auf Krebszellen von Mäusen, was eine Transplantation in Patienten ausschließt", erklärt Saba Rezakhani, Koautorin der Publikation und Doktorandin im Labor von Matthias Lutolf. Gleichermaßen wirksam und ohne Tierprodukte stellt unsere Matrix einen wichtigen Durchbruch auf dem Gebiet der regenerativen Medizin dar".

Ein Forschungsinstrument für Lebererkrankungen

Auf kürzere Sicht wird diese neue Matrix es ermöglichen, an alkoholfreier Lebersteatose zu arbeiten. In Verbindung mit Fettleibigkeit und Diabetes kann diese Erkrankung zu Leberfibrose und in den schwersten Fällen zu Leberzirrhose oder Leberkrebs führen.

Wissenschaftler haben entdeckt, dass sie das Fortschreiten der Krankheit reproduzieren können, indem sie mit der Rigidität ihrer Matrix spielen. "Wenn sie in einem starreren Medium gezüchtet werden, reagieren die organoiden Zellen in einer Weise, die mit der einer kranken Leber vergleichbar ist, mit verminderter Regenerationsfähigkeit, Entzündungszeichen und Zellschäden", erklärt Mitautorin Kristina Schoonjans.

Die Wissenschaftler arbeiten bereits daran, ihr Organoid zu einem Modell für Studien zu machen. "Mit unserem Verfahren können wir die Fibrose in der Leber trainieren und potenzielle Behandlungen testen, um das Fortschreiten der Krankheit umzukehren oder aufzuhalten", erklärt Giovanni Sorrentino, Koautor und Postdoktorand im Labor von Kristina Schoonjans.

Was Transplantationen betrifft, so werden sie noch viel Arbeit erfordern, insbesondere um Stammzellen besser differenzieren zu können. "Wir bieten einen neuen Typ von Matrix an, der für klinische Anwendungen sicherer und genauso wirksam ist wie der kommerzielle Standard", erklärt Matthias Lutolf, Mitautor. Jetzt sind die klinischen Forscher an der Reihe, das Ruder zu übernehmen.

Literatur

Giovanni Sorrentino, Saba Rezakhani, Ece Yildiz, Sandro Nuciforo, Markus H. Heim, Matthias P. Lutolf & Kristina Schoonjans.Mechano-modulatory synthetic niches for liver organoid derivation. Nat Commun 11, 3416 (2020). doi.org/10.1038/s414­67-020-17161-0