Tissue Engineering: Organoide aus Nieren-Stammzellen organisieren sich in vivo selbstständig zu Nephronen

12.02.2018

Ein Forscherteam der Manchester University differenzierte in einer Studie Nierenvorläuferzellen aus menschlichen embryonalen Stammzellen. Diese wurden in einem immunsupprimierten Mausmodell subkutan implantiert. In etwa einem Drittel der so behandelten Mäuse organisierten sich die injizierten Vorläuferzellen zu nierenänlichen Strukturen, die analog zum echten Organ verschiedene Moleküle aus dem Blut filtrieren konnten. Solche selbstorganisierten Nierenstrukturen aus Stammzellen könnten in Zukunft bei der Erforschung von Nierenerkrankungen dienen.

Für die Zucht von Spenderorganen reicht ein reines in vitro-Verfahren allerdings nicht aus. Die Niere ist ein kompliziert hierarchisch aufgebautes Organ, in dem zuerst in den kugelförmigen Glomeruli Wasser und Abfallstoffe aus dem Blut abgetrennt und in separate Leitungen geführt werden; das Wasser gewinnt die Niere über ein komplex aufgebautes Teilstück der anschließenden Henle-Schleife zurück, durch die der Harn zu größeren Gefäßen und schließlich in den Harnleiter fließt. Die dreidimensionale Anordnung von Glomerulus und Henle-Schleife eines Nephrons in einer Zellkultur „nachzubauen“, wird als unmöglich betrachtet. Humane pluripotente Stammzellen, die noch frei zu den verschiedenen Geweben des Körpers heranreifen können, entwickeln sich zwar in der sich in Zellkultur unter bestimmten Bedingungen zu Vorläuferzellen der verschiedener Nierengewebe. Doch obwohl sie schon eine Neigung zur räumlichen Sortierung zeigen, bleiben diese Organvorläufer sowohl in zweidimensionaler als auch in dreidimensionaler Zellkultur unvollständig und entwickeln zum Beispiel keine Blutgefäße. Für eine vollständige Entwicklung der komplizierten Nierenstrukturen wird die Kommunikation mit dem umgebenden Gewebe als unabdingbar angesehen. Zudem benötigt die Entwicklung Nephron-ähnlicher Strukturen mehr Zeit als im beschriebenen 12-tägigen in vitro-Experiment gegeben war.

Im murinen Mausmodell allerdings entwickelten sich die aus der Zellkultur gewonnenen Organoide zu komplexeren Strukturen: Zusammen mit einem Trägergel wurden die Vorläuferzellen unter die Haut der Tiere implantiert und entwickelten sich tatsächlich in einem Teil der Mäuse zu Nephron-ähnlichen Strukturen, die zudem auch Blut filtrieren konnten. Für ein tatsächlich funktionierendes Miniorgan fehlte den Strukturen aber immer noch der Anschluss an eine größere Arterie – das leisteten die Stammzellen nicht.

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https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29429961