Die Blase ist nicht einfach nur ein statisches Reservoir: Ihre Wand dehnt sich aus, entspannt sich und steht in ständigem Kontakt mit dem Urin, dessen Zusammensetzung je nach Flüssigkeitszufuhr, Ernährung und Krankheit variiert. Der Urin kann starke Schwankungen in der Konzentration von Salzen und gelösten Stoffen aufweisen, und Tierversuche haben gezeigt, dass konzentrierter Urin die Blasenwand schädigen kann. Die genauen Mechanismen, die dabei eine Rolle spielen, waren jedoch bislang nur unzureichend verstanden.
Die meisten wiederkehrenden Harnwegsinfektionen werden durch ein Bakterium namens uropathogene Escherichia coli, kurz UPEC, verursacht. Diese Bakterien können im Urin überleben, sich an Blasenzellen anheften und in das Gewebe eindringen. Einige Formen können sich sogar im Inneren der Zellen verstecken oder in einen Ruhezustand übergehen, wodurch sie schwerer zu beseitigen sind. Bisher gab es kein menschliches Modell, das die gesamte Interaktion zwischen Urin, Blasengewebe und Bakterien über einen längeren Zeitraum hinweg erfassen konnte
Eine massgeschneiderte menschliche Blase
Wissenschaftler der EPFL, des Roche-Instituts für Humanbiologie in Basel und der Universität Heidelberg entwickelten eine menschliche Mini-Blase, indem sie die Organoid-Technologie und das Bioengineering kombinierten, um ein im Labor gezüchtetes Modell zu schaffen, das die komplexe Architektur des Organs nachbildet.Die Miniblase bildet die schichtweise Struktur der Innenwand der menschlichen Blase nach, setzt sie echtem oder synthetischem Urin aus und ahmt die Füllungs- und Entleerungszyklen nach. Auf diese Weise lässt sich beobachten, wie die Zusammensetzung des Urins die Gesundheit des Gewebes und das Überleben von Bakterien während einer Infektion beeinflusst.
Die Arbeiten wurden von John McKinney (EPFL), Matthias Lütolf (Institut für Humanbiologie/EPFL) und Vivek Thacker (Universität Heidelberg) geleitet. Sie wurden in Nature Communications veröffentlicht
Auf die Probe gestellt
Die Forscherinnen und Forscher kultivierten zunächst primäre menschliche Blasenzellen in einem kleinen Mikrofluidikgerät. Innerhalb weniger Wochen bildeten diese Zellen ein geschichtetes Urothel (die Innenwand der Harnwege) mit einer dichten Barriere, die der der menschlichen Blase ähnelte. Das Gewebe konnte sich dehnen und entspannen und so die Füllung und Entleerung der Blase nachahmen.Das Team perfundierte die Miniblase dann mit Urin unterschiedlicher Zusammensetzung, der jedoch klar definiert war. Es verglich einen Urin mit einer geringen Konzentration an gelösten Stoffen mit einem Urin mit einer hohen Konzentration an gelösten Stoffen. Die Wissenschaftler infizierten die Miniblase auch mit UPEC-Bakterien und verfolgten deren Auswirkungen in wiederholten Waschzyklen, die das Wasserlassen simulierten. Die Tests wurden auch in Gegenwart gängiger Antibiotika, einschliesslich Ciprofloxacin und Fosfomycin, durchgeführt
Urin, der reich an gelösten Stoffen ist, ist ein Verbündeter der Bakterien
Die Studie ergab, dass eine längere Exposition gegenüber einem an gelösten Stoffen reichen Urin das Gewebe der Blase schädigt. Die Zellbarrieren ("Tight Junctions") werden geschwächt, die Blasenzellen weisen eine signifikant höhere Sterblichkeit auf als im Kontrollgewebe und die Expression von Genen, die an der Immunabwehr beteiligt sind, nimmt ab. Im Gegensatz dazu blieben die Minikontrollblasen, die einem Urin mit geringer Konzentration an gelösten Stoffen ausgesetzt waren, gesünder und widerstandsfähiger."Wenn sie mit UPEC infiziert wurden, sammelten die Mini-Blasen, die konzentriertem Urin ausgesetzt waren, mehr Bakterien im Gewebe an, die durch Antibiotika schwerer zu eliminieren waren", sagte Gauri Paduthol, Erstautor der Studie. "Fosfomycin, ein häufig verwendetes Mittel der ersten Wahl bei Harnwegsinfektionen, führte zu einem unerwarteten Phänomen: In Gegenwart von Urin, der reich an gelösten Stoffen war, nahmen die UPECs ungewöhnliche Formen an, die als "zellwandfrei" bezeichnet werden und gegen die Antibiotikabehandlung resistent waren."
Die Studie zeigte auch, dass diese zellwandlosen Bakterien nicht nur im Urin vorhanden waren, sondern auch tief im Gewebe der Blase, eingeklemmt zwischen den Zellen. Sobald das Antibiotikum entfernt wurde, konnten die überlebenden Bakterien die Infektion wieder in Gang setzen und lieferten so einen direkten Mechanismus für das Wiederauftreten der Infektion.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass die Zusammensetzung des Urins eine aktive Rolle bei Harnwegsinfektionen spielt: Konzentrierter Urin schwächt die Abwehrkräfte der Blase und hilft den Bakterien, die Behandlung zu überleben. Dies könnte erklären, warum manche Patienten unter wiederholten Infektionen leiden, insbesondere wenn der Urin über längere Zeit sehr konzentriert ist.
Diese neue menschliche Mini-Blase ist ein leistungsstarkes Instrument zur Untersuchung von Harnwegsinfektionen und zum Testen von Therapien unter realitätsnahen Bedingungen
Andere Beiträge
- EPFL Bioelectron Microscopy Facility (Einrichtung für elektronische Mikroskopie)
- EPFL Bioinformatics Competence Centre (Kompetenzzentrum für Bioinformatik)
- Universität Lausanne
Gauri Paduthol, Mikhail Nikolaev, Kunal Sharma, Jérôme Blanc, Kathrin Tomasek, Léa Ivana Esméralda Schlunke, Valentin Borgeat, Giovanna Ambrosini, Irina Kolotuev, Stéphanie Clerc-Rosset, Nikolche Gjorevski, Graham W. Knott, Matthias P. Lütolf, Vivek V. Thacker & John D. McKinney. A microphysiological human mini-bladder reveals urine-urothelium interplay in tissue resilience and UPEC recurrence in urinary tract infections. Nature Communications, 3. Februar 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-68573-3
