Mini-Organe
Heute züchten weltweit über 200 Labore sogenannten Organoide. Die meisten dieser winzigen Gebilde sind jedoch nicht dazu gedacht, jemals transplantiert zu werden.

 

Testgewebe Schon heute eignen sich die rudimentären Mini-Organe, die auch mit Tumorgewebe erzeugt werden können, hervorragend zum Testen von Medikamenten. „Statt einem Darmkrebs-Patienten mit einer unspezifischen Chemotherapie zu traktieren, können wir ihm ein Mittel verschreiben, auf das seine im Labor getesteten Tumor-Organoide besonders gut angesprochen haben“, sagt der Stammzellpionier Hans Clevers.

Funktion Inzwischen haben Forscher an Labormäusen bewiesen, dass Leber-Organoide tatsächlich Leberfunktionen übernehmen können – was ihre prinzipielle Eignung als Ersatzorgan zeigt.

Genschere Mit dem Einsatz der Genschere CRISPR-Cas9 konnten Forscher die Darm-Stammzellen von Mukoviszidose-Patienten von ihrem Gendefekt befreien. Nun hoffen sie, auf gleiche Weise seltene Erbschäden in der Leber heilen zu können.

„Bei diesem Verfahren müssen wir das tragende Gerüst aus Bindesubstanzen nicht erst künstlich herstellen“, erklärt Ott. „Indem wir die Strukturen von normal gewachsenen Organen verwenden, kann sich jede der neuen Zellen problemlos in ihrer Nische ansiedeln.“ Entwickelt hat der Chirurg das Verfahren zunächst an Nieren und Lungen von Ratten. Mittlerweile funktioniere es aber auch mit menschlichen Spenderherzen recht gut, zumindest in Laborversuchen. Noch sei man viele Jahre von der Konstruktion eines voll funktionstüchtigen Herzens entfernt, stellt Harald Ott klar. Doch die Arbeiten mit den künstlich reprogrammierten Stammzellen laufen so gut, dass der Transplantationsmediziner die ersten regenerativen Produkte schon in den kommenden zehn bis fünfzehn Jahren im klinischen Einsatz sieht.

Die Zukunft: Implantate aus dem 3D-Drucker?

Einen ganz anderen Weg gehen die Wissenschaftler und Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Hier arbeiten die Forscher an Hightech-Fasern, die künftig menschliches Gewebe ersetzen sollen, beispielsweise als Herzklappenersatz oder nach einem Herzinfarkt. Mit einem als Elektrospinning bezeichneten Verfahren stellen die Forscher ein hauchdünnes Vlies aus Polymerfasern her und weben dabei bestimmte Proteine in das Gewebe mit ein. Derart ausgestattet und dem Patienten eingesetzt lockt das Trägersubstrat die körpereigenen Stammzellen an und hält sie fest.

Diese Vorläuferzellen bilden dann neue Herzmuskelzellen oder bauen eine neue Herzklappe auf, die bei Kindern sogar mitwachsen kann. „Wir stellen also ein zellfreies Trägersubstrat her, das erst im Körper von den Zellen besiedelt wird“, erläutert Svenja Hinderer, Wissenschaftlerin am IGB. Der Vorteil: Zellfreie Implantate müssten lediglich als Medizinprodukt, jedoch nicht als Arzneimittel für neuartige Therapien zugelassen werden. Bis es aber so weit ist, muss die künstliche Herzklappe ihre Leistungsfähigkeit erst in Tierversuchen an Schweinen unter Beweis stellen.

Andere Forscher wollen Körpergewebe – und irgendwann auch ganze Organe – künftig einfach ausdrucken. Erst Ende vergangenen Jahres haben spanische Mediziner einen Gewebedrucker nebst passender Biotinte präsentiert, der funktionstüchtige menschliche Haut Schicht für Schicht aufbauen kann. „Dabei ist es natürlich entscheidend, wie wir die einzelnen biologischen Komponenten zusammenstellen“, erklärt Juan Francisco del Cañizo von der Madrider Uniklinik die Herausforderung, die das 3-D-Bioprinting an Ärzte, Wissenschaftler, Ingenieure und Techniker stellt. „Und natürlich müssen wir sicherstellen, dass die Zellen beim Drucken und später im fertigen Produkt voll funktionsfähig bleiben.“ Zurzeit, so die Entwickler, werden 3-D-Gewebedrucker und Biotinte von den europäischen Behörden geprüft, damit die gedruckte Haut für Hauttransplantationen, etwa bei Verbrennungsopfern, zugelassen werden kann.

Immerhin: Bei Mäusen, die diese künstliche Haut transplantiert bekamen, wuchs das gedruckte Gewebe problemlos an. Doch trotz aller Erfolge der vergangenen zehn Jahre: Derzeit ist es vollkommen offen, wann die ersten „richtigen“ Organe aus der Kulturschale, dem Bioreaktor oder dem Bioprinter zur Verfügung stehen. Überhaupt ist es fraglich, ob diese Vision irgendwann einmal Wirklichkeit wird.

Gezüchtete Organoide

Mini-Organe
Heute züchten weltweit über 200 Labore sogenannten Organoide. Die meisten dieser winzigen Gebilde sind jedoch nicht dazu gedacht, jemals transplantiert zu werden.

Testgewebe Schon heute eignen sich die rudimentären Mini-Organe, die auch mit Tumorgewebe erzeugt werden können, hervorragend zum Testen von Medikamenten. „Statt einem Darmkrebs-Patienten mit einer unspezifischen Chemotherapie zu traktieren, können wir ihm ein Mittel verschreiben, auf das seine im Labor getesteten Tumor-Organoide besonders gut angesprochen haben“, sagt der Stammzellpionier Hans Clevers.

Funktion Inzwischen haben Forscher an Labormäusen bewiesen, dass Leber-Organoide tatsächlich Leberfunktionen übernehmen können – was ihre prinzipielle Eignung als Ersatzorgan zeigt.

Genschere Mit dem Einsatz der Genschere CRISPR-Cas9 konnten Forscher die Darm-Stammzellen von Mukoviszidose-Patienten von ihrem Gendefekt befreien. Nun hoffen sie, auf gleiche Weise seltene Erbschäden in der Leber heilen zu können.