Wissenschaftler züchten menschliche Lebern in Mäusen

Die japanische Gruppe TOKYO A hat funktionelle menschliche Lebern erzeugt, indem sie im Labor Lebervorläuferzellen herstellte und diese dann in Mäuse transplantierte, um den Entwicklungsprozess abzuschließen. Ihr letztendliches Ziel ist es, die Vorläuferzellen in den Menschen zu transplantieren und sie zu Ersatzstoffen für erkrankte oder geschädigte Organe werden zu lassen.

Die Errungenschaft stellt eine neue Richtung bei der Verwendung von menschlichen pluripotenten Stammzellen dar, die das Potenzial haben, sich in jedes Gewebe des menschlichen Körpers zu entwickeln. Sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS), die aus adulten menschlichen Geweben gewonnen werden, haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie genetisch an einen Empfänger angepasste Gewebe und Organe produzieren und so das Problem der Abstoßung des Immunsystems vermeiden. Die Herstellung von vollständig ausgereiftem menschlichem Gewebe in einer Petrischale (in vitro) hat sich jedoch als gewaltige Herausforderung erwiesen, insbesondere bei der Herstellung von 3D-Organen.

Anstatt alles in einer Schale zu tun, entschied sich die Gruppe, den Prozess in vitro zu starten, ihn jedoch in einem Tier (in vivo) zu vollenden. Sie versuchten Hunderte von verschiedenen Rezepten; Schließlich stellten sie fest, dass wenn sie Lebervorläuferzellen (von iPS-Zellen abgeleitet) mit zwei anderen Arten von menschlichen Standardzelllinien mischen, von denen bekannt ist, dass sie für die Entwicklung der embryonalen Leber wichtig sind, die Zellen spontan eine 4 bis 5 Millimeter große 3D-Struktur bilden, die als a bezeichnet wird Leberknospe. "Das hat unsere Erwartungen übertroffen, obwohl der Mechanismus nicht ganz klar ist", sagt Gruppenleiter und Stammzellwissenschaftler Takanori Takebe von der Yokohama City University in Japan.

Als nächstes implantierten sie diese Knospen in Mäuse mit deaktiviertem Immunsystem, um zu sehen, ob sie sich verpflanzen oder an die Blutgefäße des Tieres anheften und weiter reifen würden. Sie taten es: Die transplantierten Leberknospen entwickelten sich zu einer Art "Miniaturleber", wie Takebe es nennt. Das Team bestätigte dann, dass diese winzigen Organe Proteine ​​produzierten, die typischerweise von menschlichen Lebern hergestellt wurden, und bestimmte Medikamente, mit denen Mäuseleber nicht umgehen können, ordnungsgemäß verarbeiteten. Diese "Proof-of-Concept-Demonstration" bietet einen vielversprechenden neuen Ansatz für die regenerative Medizin, schreibt das Team in einem heute von Nature online veröffentlichten Artikel.

Das Experiment zeigt, dass sich Vorläuferzellen zu funktionellen Organen entwickeln können, wenn sie im Körper eines erwachsenen Säugetiers platziert werden, sagt Takebe, der die Technik nutzen will, um Organe in nichtmenschlichen Primaten und schließlich beim Menschen zu züchten. Er glaubt, dass es auch auf andere Organe wie Nieren oder Bauchspeicheldrüsen angewendet werden könnte.

Der Stammzellwissenschaftler Martin Pera von der Universität Melbourne in Australien nennt es eine "aufregende Studie", die zeigt, dass die Umgebung in einem erwachsenen Körper dazu beitragen kann, dass sich unreife Stammzellen zu einem erwachsenen Stadium entwickeln, was sich in vitro als schwierig erwiesen hat. Der Bericht "gibt Anlass zur Hoffnung, dass selbst primitive Gewebe aus Stammzellen eines Tages die Funktion toter oder erkrankter Organe bei Patienten wiederherstellen werden", fügt er hinzu.

Es sind jedoch erhebliche Hürden zu überwinden, bevor die Technik die Klinik erreicht. Zusätzlich zum Bestehen aller Sicherheitsüberprüfungen, die erforderlich sind, um die Zulassung für den menschlichen Gebrauch zu erhalten, gibt es ein praktisches Problem. Takebe sagt, dass sie eine große Anzahl von Leberknospen transplantieren müssen, die Milliarden oder Billionen von menschlichen iPS-Vorläuferzellen umfassen, um sogar eine menschliche Leber teilweise zu ersetzen. Die Produktion von Zellen in dieser Anzahl erfordert einen Durchbruch bei der automatisierten Zellproliferation. Aus diesem Grund sagt Takebe, dass die Anwendung beim Menschen mindestens ein Jahrzehnt entfernt ist.