Mini-Herzen aus Stammzellen: Modell zur Forschung der Blutbildung

Organoide ermöglichen die Untersuchung von Zellfunktionen, Krankheitsmechanismen und Wirkstofftests - ohne Tierversuche. Forschende setzen sie gezielt ein, um biologische Prozesse in einer kontrollierten Umgebung nachzubilden.  

Bereits 2021 entwickelte das Forschungsteam um Dr. Robert Zweigerdt von den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) an der MHH ein Herzorganoid (heart-forming organoid, HFO). Dies erlaubte erstmals eine vollständige Nachbildung der frühen Herzentwicklung in Zellkultur. Nun haben sie diesen Ansatz weiterentwickelt und ein blutbildendes Herzorganoid (blood-generating HFO, BG-HFO) erschaffen. 

Die Blutbildung beginnt bereits in der vierten Schwangerschaftswoche in der Nähe der Herzanlage. Das neu entwickelte Modell bildet nicht nur die Herzentwicklung nach, sondern integriert auch die Prozesse der Blutbildung. „Wir haben jetzt unser Differenzierungsprotokoll, also unsere spezielle Versuchsanleitung angepasst und das Herzorganoid um eine dichte Endothelschicht ergänzt, die Blutgefäße auskleidet und aus der die blutbildenden Zellen und Vorläuferzellen hervorgehen“, erklärt Dr. Miriana Dardano, Erstautorin der Studie. 

Das BG-HFO entsteht aus humanen pluripotenten Stammzellen (hPSC), die sich in jede beliebige Zellart entwickeln können. Eingebettet in eine Hydrogel-Matrix und gesteuert durch biologische Signale, differenzieren sich die Zellen innerhalb von zehn bis 14 Tagen zu einem strukturierten Organmodell. Es besteht aus mindestens sieben klar definierten Zelltypen, darunter Vorläufer von Herz, Leber, Lunge und Blutgefäßen. 

Das neue Modell eröffnet zahlreiche Möglichkeiten in der biomedizinischen Forschung. Neben der Grundlagenforschung kann das blutbildende Herzorganoid auch für die Erforschung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Infektionen oder genetischen Fehlbildungen eingesetzt werden. Beispielsweise könnte es helfen, die Auswirkungen von COVID-19 auf Herz und Gefäße besser zu verstehen.  

Zudem bietet es eine vielversprechende Alternative für Medikamententests. „Das funktioniert teilweise sogar besser als beispielsweise an Tiermodellen, weil diese anderen biologischen Einflüssen unterliegen und sich die Ergebnisse dann nur eingeschränkt auf den Menschen übertragen lassen“, so die Wissenschaftlerin. 

Das LEBAO-Team arbeitet bereits an der Weiterentwicklung seines Baukastenprinzips, um Multigewebe-Organoide für weitere medizinische Fragestellungen zu entwickeln. Ziel ist es, die Stammzellen so zu differenzieren, dass Modelle für andere Organe entstehen und so neue Ansätze zur Erforschung und Behandlung von Krankheiten geschaffen werden. 

MEDICA.de; Quelle: Medizinische Hochschule Hannover