Leberknospen - kleine Klumpen funktionellen dreidimensionalen menschlichen Lebergewebes - wurden aus einer Mischung von Stammzellen gezüchtet. Foto von Takanori Takebe
Wenn Sie an Leberversagen leiden und eine Transplantation benötigen, stehen die Chancen schlecht. Akutes Leberversagen kann innerhalb weniger Monate oder Wochen nach dem ersten Auftreten der Symptome zum Tod führen, und die Chancen auf eine Lebertransplantation sind gering. In den USA warten derzeit fast 17.000 Menschen auf eine Leber, und die durchschnittliche Wartezeit kann sich nähern ein Jahr in der Länge.
Aus diesem Grund bemühen sich die Wissenschaftler, alternative Mittel zur Erzeugung von Ersatzlebern zu finden, meist durch Manipulation induzierter Stammzellen zur Entwicklung von Lebergewebe. Kürzlich ist ein Team von Wissenschaftlern aus Japan diesem Ziel einen großen Schritt näher gekommen. Sie haben Stammzellen verwendet, um kleine, rudimentäre Leberklumpen zu züchten, die bei der Implantation in Mäuse effektiv funktionieren, Proteine produzieren und Chemikalien herausfiltern, wie dies bei normalen Lebern der Fall ist.
Die Gruppe legte auf der Jahrestagung der Internationalen Gesellschaft für Stammzellforschung im vergangenen Jahr vorläufige Berichte über ihren Erfolg vor, gab jedoch in einer in Nature veröffentlichten Studie bis heute nicht alle Einzelheiten bekannt. Obwohl es keineswegs sicher ist, dass ihre Methode jemals zu einer Ersatzleber führen wird - und selbst wenn dies der Fall sein sollte, wird es Jahre dauern, bis sie sich für den Menschen als sicher und wirksam erwiesen hat -, stellt die Leistung das erste funktionierende menschliche Organ dar, auch wenn es klein ist. Maßstab, der ausschließlich aus Stammzellen gezüchtet wurde.
Die Forscher unter der Leitung von Takanori Takebe von der Yokohama City University arbeiteten mit induzierten pluripotenten Stammzellen, die sich wie embryonale Stammzellen zu jeder möglichen Art von menschlichem Gewebe entwickeln können, jedoch durch Manipulation normaler adulter somatischer Zellen hergestellt werden . Aufgrund der ethischen Bedenken im Zusammenhang mit der Gewinnung von Stammzellen aus menschlichen Embryonen und der Tatsache, dass in den USA zahlreiche gesetzliche Beschränkungen bestehen, verwenden die meisten Wissenschaftler auf diesem Gebiet diese Art von Stammzellen.
Die Wissenschaftler verwendeten zunächst bestimmte chemische Signale, um diese Stammzellen, die in einer Petrischale wachsen, dazu zu bewegen, sich zu verallgemeinerten Leberzellen zu entwickeln, die als Hepatozyten bekannt sind. Ihr eigentlicher Trick war jedoch, was als nächstes kam. Um die Entwicklung von Lebergewebe in normalen menschlichen Embryonen nachzuahmen, mischten sie zwei andere Zelltypen: Endothelzellen (die das Innere von Blutgefäßen auskleiden) und mesenchymale Stammzellen (die sich zu Fett, Knorpel oder Knochen entwickeln können).
Alle diese Zellen wurden in den Petrischalen in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet, aber in den nächsten zwei Tagen organisierten sie sich selbst in dreidimensionale Leberknospen, die ungefähr fünf Millimeter lang waren und der frühen Phase der Leberentwicklung ähnelten bei gesunden menschlichen Embryonen etwa fünf Wochen nach der Befruchtung. Unter einem Mikroskop wurde gezeigt, dass die Knospen die gleiche organisatorische Mischung von Hepatozyten und Blutgefäßen aufwiesen, die normalerweise im Lebergewebe vorhanden sind.
Berichten zufolge probierte das Team Hunderte verschiedener Kombinationen von Zelltypen aus, die in unterschiedlichen Stadien und in unterschiedlichen Mengen hinzugefügt wurden, bevor es zu dem genauen Cocktail kam, der zum Wachstum von Leberknospen führte. Dieser Prozess dauerte mehr als ein Jahr. Sie veröffentlichten ein Zeitraffervideo, das zeigt, wie die erfolgreiche Zellmischung spontan Nährstoffe aufnimmt und zu einer Leberknospe heranwächst (eine speziell gefärbte Version ist links zu sehen):
Sie stellen diese Leberknospen auf die Probe, indem sie sie in Mäuse implantieren, entweder in ihre Bauchhöhlen oder in ihre Schädel. Eine Vielzahl von Tests hat gezeigt, dass diese rudimentären Lebern dieselben Funktionen erfüllen können wie reife menschliche Lebern - sie produzieren dieselben Proteine, filtern dieselben Substanzen heraus und metabolisieren entscheidend bestimmte Chemikalien, mit denen menschliches Lebergewebe normalerweise nur mit Mäusen umgehen kann Lebergewebe kann nicht.
Es sind noch enorme Forschungsarbeiten erforderlich, bevor diese Art von Verfahren zur Herstellung von Leberersatzgewebe für den Menschen eingesetzt werden kann. Takebe schätzt, dass die ersten klinischen Studien am Menschen erst nach etwa zehn Jahren beginnen können. Für die Forscher sind die nächsten Schritte die Erzeugung von Leberknospen, die dem normalen Lebergewebe noch ähnlicher sind (mit Gallengängen und anderen Strukturen), und die Erzeugung einer größeren Anzahl von Knospen, da sie davon ausgehen, dass irgendwo in der Größenordnung von Zehntausenden Knospen notwendig wären eine Leber zu züchten, das größte innere Organ des menschlichen Körpers.
Der vielleicht aufregendste Aspekt dieser Forschung ist jedoch ihre potenzielle Universalität: Die Forscher spekulieren, dass diese Methode eines Tages zum Züchten aller Arten von Organgewebe, einschließlich des der Bauchspeicheldrüse und der Nieren, verwendet werden könnte. Kurzfristig könnte die Technik auch innovative Anwendungen haben - zum Beispiel könnten Leberknospen allein verwendet werden, um die Toxizität von Arzneimitteln in der Entwicklung zu testen, da die internen Strukturen des gesamten Organs nicht erforderlich sind, um zu bestimmen, welche Chemikalien nicht zerstört werden können unten im Körper.
