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Organoide: Miniorgane in der Petrischale zur Erforschung von Krankheiten und neuer Heilmittel

Die Herstellung von Miniatur-Organversionen in einer Petrischale mag sich vielleicht wie Science-Fiction anhören, doch dank Fortschritten in der Stammzellentechnik und in der Biotechnik können Wissenschaftler jetzt künstlich Zellhaufen in Organoide ausdifferenzieren, die ähnliche Eigenschaften wie Organe aufweisen. Organoide sind Zellen, die in spezifischen dreidimensionalen (3D) Umgebungen gezüchtet werden, um Miniorgane zu bilden, vereinfachte Organe, welche manche physiologische Funktionen beibehalten. Sie stammen von einer oder von ein paar Zellen, von Gewebe, von embryonalen Stammzellen oder von induzierten pluripotenten Stammzellen ab, die sich in dreidimensionalen Kulturen selbst organisieren können.
Organoide: Miniorgane in der Petrischale zur Erforschung von Krankheiten und neuer Heilmittel
Der Beobachtung folgend, dass sich Zellen in 2D-Kulturen nicht so wie in vivo verhalten, haben sich 3D-Kulturen von Organoiden als aussichtsreiche Modellsysteme für die Untersuchung der Gewebeentwicklung und für die Entwicklung neuer Therapien hervorgetan. Angesichts jüngerer technologischer Durchbrüche stellen 3D-Modelle von Kulturen eine physiologisch relevantere Annäherung an die In-vivo-Umgebung dar. Forscher auf dem Gebiet der Naturwissenschaften und Technik streben somit danach, die 3D-Kulturbedingungen zu verbessern, um Miniorgane in einer Petrischale zu züchten.

Während Forscher damit beginnen, die Mechanismen hinter der Abstammung und Differenzierung von Stammzellen näher zu ergründen, wächst auch die Komplexität von Organoiden. Es wurden nunmehr Modelle für viele Organe gezüchtet, darunter Hirn, Leber, Nieren, Brust, Netzhaut sowie Organe des Verdauungstrakts. Sie bieten Anwendungsmöglichkeiten für Infektionsmodelle und Toxizitäts-Screenings sowie für die Prüfung pharmazeutischer Moleküle, für die personalisierte Medizin und für die regenerative Medizin / den Organersatz.

Miniorgane für die Krankheitsmodellierung

In diesem CORDIS Results Pack werden die ersten Ergebnisse aus EU/EFR-finanzierter Forschung auf dem Organoid-Gebiet präsentiert. Es werden fünf Projekte und deren wissenschaftliche Errungenschaften in der Organoid-Technologie sowie deren Verwendungsmöglichkeiten als In-vivo-ähnliche Modelle beleuchtet.

Die Übertragung der Ergebnisse von Tiermodellen auf den Menschen ist ein wesentlicher Engpass in der Arzneimittelforschung, und dies trifft vor allem auf Hirnerkrankungen wie neurogenerative und entwicklungsbedingte Erkrankungen zu. Im Zuge des Projekts Mini Brains wurden daher Hirnorganoide erzeugt, um die Mechanismen verschiedener neurologischer Erkrankungen zu untersuchen und um neue Behandlungswirkstoffe zu entdecken. TOXANOID stellte unter Beweis, dass die Technologie des Projekts aktuelle In-vitro-Systeme übertreffen und ein wesentlicher Anteil tierbasierter Toxikologiestudien ersetzt werden kann. Das Team entwickelte erfolgreich Organoidsysteme für mehrere Organe, darunter Dünndarm, Dickdarm und Leber.

3D-Technologien für In-vitro-Organoide

Im Zuge von ColonCan wurden neuartige dreidimensionale Ex-vivo-Organoidkulturen entwickelt, die genetische Ereignisse bei Darmkrebs nachbilden, die zweithäufigste Ursache aller auf Krebserkrankungen zurückzuführenden Todesfälle. Diese wurden für die Prüfung neuartiger Therapeutika verwendet. Im Rahmen von COMIET wurde eine neue Zellkulturplattform für Epithelgewebe erstellt, um die In-vitro-Modellierung von Krankheiten, das präklinische Screening auf Arzneimittelwirksamkeit und -toxizität sowie die Grundlagenforschung zur Organentwicklung voranzutreiben. Über Projekt CLOC wurden unter Verwendung von Hepatoyzten, die auf 3D-Scaffolds angereichert worden waren, Leberorganoide in vitro als neuartige Modelle für Leberentwicklungen und -erkrankungen sowie als Behandlungsmöglichkeit für hereditäre Cholestasen untersucht.
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