Menschliches Lebergewebe, gewachsen aus Stammzellen

Wissenschaftler in Japan haben aus Stammzellen funktionierendes menschliches Lebergewebe aufgebaut. Sie sagen, dass ihre Arbeit zeigt, dass es möglich ist, die Technologie zu nutzen, um den akuten Mangel an Spendergewebe für Transplantationen zu lindern.
In einer Online - Ausgabe vom 3. Juli Natur, Schreiben Takanori Takebe von der Yokohama City Universität (YCU) Graduate School of Medicine und Kollegen,
"Nach unserem Wissen ist dies der erste Bericht, der die Entstehung eines funktionalen menschlichen Organs aus pluripotenten Stammzellen demonstriert."
Um das zu erreichen, züchtete das Team zuerst kleine "Leberknospen" aus einer Art humaner Stammzellen (hiPSCs) in einer Kultur und transplantierte sie dann in lebende Mäuse. Die Zellen produzierten funktionelles menschliches Lebergewebe, komplett mit Blutgefäßen.
Obwohl jetzt Anstrengungen unternommen werden müssen, um sicherzustellen, dass diese Techniken bei menschlichen Patienten funktionieren, sagen die Wissenschaftler ihre Studie ist "Proof-of-Concept", dass "Organ-Knospe-Transplantation bietet einen vielversprechenden neuen Ansatz, um regenerative Medizin zu studieren".

Das Problem mit Stammzellen

Seit 1981 embryonale Stammzellen entdeckt wurden, ist es in jahrelangen Labors auf der ganzen Welt nicht gelungen, aus diesen undifferenzierten Vorläuferzellen ein komplexes Organ wie die Leber samt Blutgefäßen zu erzeugen.
Es besteht nun die Überzeugung, dass es im Wesentlichen unpraktisch ist, in einem Reagenzglas die komplexen Wechselwirkungen zu versuchen, die zwischen verschiedenen Arten von Zellen und Geweben stattfinden, wenn sich ein Organ entwickelt.
Mit ihrer neuen Studie stellen Takebe und Kollegen diese Vorstellung in Frage und sagen, dass Sie diese Barriere überwinden können, wenn Sie sich auf den frühesten Prozess der Organbildung konzentrieren, nämlich die zellulären Interaktionen, die während der "Organknospenentwicklung" auftreten.

3D-Knospen aus drei Arten von Zellen gebildet

Während der frühen Stadien der Leberbildung bilden sich dreidimensionale Leberknospen mit Blutgefäßen aus dem Gewebe des Vorderdarms. Ein Schlüsselelement in diesem Prozess ist die Orchestrierung von Signalen zwischen drei Arten von Stammzellen: Leber, Mesenchym und Endothel.
Die Beobachtung dieses Prozesses veranlasste Takebe und Kollegen zu der Frage, ob sie die dreidimensionale (3D) Leberknospenbildung durch Mischen dieser drei Zelltypen in einer zweidimensionalen (2D) Petrischale nachahmen könnten.
Sie nahmen also humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) und mischten sie mit menschlichen Endothelzellen und humanen Mesenchymzellen und kultivierten sie in einer Petrischale.
Sie waren erstaunt, dass sie, obwohl sie die Zellen in 2D kultivierten, sich in 3D-Leberknospen organisierten.
Tests (Immunfärbung und Genexpressionsanalysen) zeigten eine auffallende Ähnlichkeit zwischen den in der Schale gewachsenen Knospen und den natürlich im Gewebe wachsenden Leberknospen.

Die Transplantation von Leberknospen führte zur Bildung von Blutgefäßen

Als das Team die Leberknospen, die aus hiPSCs in der Petrischale gezüchtet wurden, in lebende Mäuse transplantierte, entwickelten die Knospen bereits innerhalb von 48 Stunden eine Blutversorgung, indem sie "funktionelle Vaskulaturen", die mit benachbarten Blutgefäßen verbunden waren, anbauten.
Die Bildung einer lebensfähigen Blutversorgung löste auch Leberfunktionen aus, die denen ähnelten, die in adulten Lebergeweben beobachtet wurden, wie beispielsweise die Proteinproduktion und die Fähigkeit, bestimmte Arzneimittel zu metabolisieren.
Wenn die Leber in Lebertransplantation transplantiert wurde, stellten sie die Leberfunktion wieder her.

Was als nächstes? Methoden könnten nützlich sein für das Wachstum von Transplantatgewebe und Zellen für Drogentests

Obwohl die Ergebnisse nun in anderen Labors bestätigt werden müssen, scheint es, als könnte die anfängliche Begeisterung, die durch die Entdeckung von Stammzellen ausgelöst wurde, die bei Entdeckung der praktischen Barrieren in eine Flaute fiel, wieder entfacht werden.
Das Team sagt in einer Stellungnahme: "Diese Ergebnisse unterstreichen das enorme therapeutische Potential [von] mit in-vitro-Organknospe-Transplantation zur Behandlung von Organversagen."
Abgesehen von dem großen Unterschied, den ein solcher Ansatz bei der Bekämpfung des Organmangels für Transplantationen machen könnte, gibt es noch weitere Bereiche, in denen die in dieser Studie entwickelten Methoden Anwendung finden könnten.
Zum Beispiel könnten sie bei der Arzneimittelentwicklung sehr nützlich sein. Die Leber ist ein großes Säuberungsorgan, und viele Verbindungen werden dort abgebaut, um zu verhindern, dass sie den Körper vergiften. Dies macht die Leber zu einem Hauptziel für Toxizität, die durch Medikamente verursacht wird.
Ein wichtiger Teil der Medikamentenentwicklung besteht also darin, ihre Wirkung auf die Leber zu testen. Gegenwärtig verwenden diese Tests Zellen, die aus Lebern gewonnen wurden, die von toten Spendern entnommen wurden, oder von Zelllinien im Labor oder Stammzellen, die von gespendeten Lebern oder Tieren stammen.
Jedes dieser Testmodelle hat jedoch Einschränkungen. Sie verhalten sich nicht in der gleichen Weise wie Lebern bei lebenden Patienten und sie können teuer und zeitaufwendig in der Vorbereitung sein.
Takebe und Kollegen sagen, dass die Methoden, die sie in dieser Studie verwendet haben, einen neuen Weg eröffnen, um voll funktionsfähige Leberzellen aus hiPSCs wachsen zu lassen, die dann verwendet werden könnten, um die Toxizität neuer Medikamente zu testen.
Mittel der japanischen Wissenschafts- und Technologieagentur und des japanischen Ministeriums für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie halfen bei der Finanzierung der Studie.
Geschrieben von Catharine Paddock