Mit Schilddrüsenmodell der nächsten Generation endokrine Disruptoren ermitteln
Das endokrine System ist ein komplexes Netzwerk aus Drüsen und Organen, die Hormone bilden und durch den Körper transportieren, von dem viele physiologische Prozesse wie Herzfrequenz, Schlaf, Stimmung, das Fortpflanzungssystem und die Neuroentwicklung reguliert werden. Es mehren sich die Hinweise darauf, dass Chemikalien, denen wir durch Alltagsgegenstände wie Dosen, Kunststoffe und Haushaltsgeräte ausgesetzt sind, das reibungslose Funktionieren des endokrinen Systems beeinträchtigen. Diese Chemikalien, die als endokrine Disruptoren bekannt sind, werden mit einem ganzen Spektrum von Krankheiten von Adipositas bis hin zu Unfruchtbarkeit in Verbindung gebracht. Wir wissen, dass endokrine Disruptoren die Schilddrüse, ein den Stoffwechsel des Körpers steuerndes, schmetterlingsförmiges Organ im Halsbereich, in ihrer Funktion stören können. Einen Kausalzusammenhang zwischen der Exposition gegenüber endokrinen Disruptoren und schädlichen Wirkungen zu bestätigen, gestaltet sich jedoch schwierig, was zum Teil darauf zurückzuführen ist, dass nur wenig menschliches Schilddrüsengewebe für Versuche zur Verfügung steht. Im Rahmen des Projekts SCREENED(öffnet in neuem Fenster) entwickelten Forscherinnen und Forscher 3D-Schilddrüsenmodelle, um die Auswirkungen endokriner Disruptoren auf die Schilddrüsenfunktion wissenschaftlich zu untersuchen. Dazu gehörten biologisch gedruckte Organoide, mit denen die Funktionsweise echter Schilddrüsen besser als mit den derzeit üblichen Testmodellen nachgeahmt werden. „Die Organoide bieten ein reiferes und realistischeres Modell der Schilddrüse, da die organoiden Follikel, die durch endokrine Disruptoren beeinträchtigt werden, dieselbe Signatur aufweisen wie Thyreozyten [natürliche Follikel] in der natürlichen Schilddrüse“, erklärt Lorenzo Moroni(öffnet in neuem Fenster), Professor für Biofabrikation an der Universität Maastricht(öffnet in neuem Fenster) in den Niederlanden.
Entwicklung neuer Schilddrüsenmodelle
Das Team von SCREENED entwickelte drei verschiedene 3D-In-vitro-Modelle, von denen zwei von menschlichen Zellen und eines von Mäusen stammten. Diese Modelle kamen dann zum Einsatz, um die Auswirkungen endokriner Disruptoren auf die Schilddrüsenfunktion zu erforschen. „Die Modelle wurden mit einer Reihe von endokrinen Disruptoren, d. h. sechzehn Chemikalien in verschiedenen Konzentrationen, Tests unterzogen, und wir stellten fest, dass das Organoidmodell, und noch mehr das biogedruckte Modell, viel empfindlicher auf chemische Konzentrationen als Thyreozyten in 2D reagierten“, merkt Moroni an. Eine wichtige projekteigene Entwicklung war der Entwurf eines Bioreaktors, mit dem die Erprobung endokriner Disruptoren an den neuen Modellen drastisch beschleunigt werden konnte. „Die von uns entwickelte mikrophysiologische Systembatterie ist bemerkenswert, denn sie gestattet es uns, mehr als fünfzig Tests in einem Durchgang durchzuführen“, berichtet Moroni. „Das bedeutet einen wichtigen Durchsatz für 3D-Zellkultursysteme, die ansonsten in Bezug auf die Screening-Kapazität nur schwer im Maßstab zu vergrößern sind.“
Fortschritte bei Organoid-auf-Chip-Modellen
Mit dem biogedruckten Schilddrüsenmodell konnten die Forschenden außerdem endokrine Disruptoren bei viel niedrigeren chemischen Konzentrationen als mit anderen Testsystemen ermitteln, wobei Endpunkte wie die Schilddrüsenhormonproduktion und -dysregulation gemessen wurden. Das Team von SCREENED hofft, die Forschung fortsetzen zu können und plant die Beantragung weiterer Finanzmittel. Das nächste Projekt könnte darin bestehen, weitere Organe in Kommunikation mit der Schilddrüse zu bringen, um die Effekte der Exposition anderer Teile des Körpers gegenüber Umweltchemikalien wie etwa endokrinen Disruptoren oder Medikamenten mit Nebenwirkungen, die sich störend auf die Schilddrüse auswirken können, zu bewerten.