Next-Gen Organoide wachsen und Funktion wie echte Gewebe

Man kann sofort schätzt den Wert von Organoiden sowohl Forschung und Medizin: von biologischer Grundlagenforschung zur Entwicklung von Medikamenten und Tests, Organoide könnten Tierversuche ergänzen durch gesunde oder kranke menschliche Gewebe bereitstellt, die lange Reise von Labor zu klinischen Studien zu beschleunigen. Darüber hinaus gibt es bereits das Flüstern der organoiden Technologie vielleicht für den Ersatz von beschädigtem Gewebe oder sogar Organe in Zukunft verwendet wird: Nehmen Sie Zellen aus dem Patienten stammt und wachsen sie in eine neue Leber, Herz, Niere oder Lunge.

Bisher etablierte Verfahren zur Herstellung von Organoiden sind mit erheblichen Nachteilen: Stammzellen unkontrolliert in Kreis- und geschlossene Gewebe entwickeln, die eine kurze Lebensdauer haben, sowie nicht-physiologische Größe und Form, von denen alle resultieren in Gesamt anatomischer und / oder physiologischen Inkonsistenz mit realen Organen.

Jetzt haben Wissenschaftler der Gruppe von Matthias Lütolf an den EPFL Institut für Bioengineering geführt haben, einen Weg zu „guide“ Stammzellen habe gerade einen Darm organoiden dass Aussehen und Funktionen zu bilden, wie ein echtes Gewebe. Veröffentlicht in Nature, nutzt das Verfahren die Fähigkeit von Stammzellen, zu wachsen und sich selbst zu organisieren entlang eines röhrenförmigen Gerüsts, dass die Oberfläche Mimetika des nativen Gewebes in einem mikrofluidischen Chip angeordnet (einem Chip mit kleinen Kanälen, in denen geringe Mengen von Flüssigkeiten werden genau manipuliert).

Die EPFL Forscher einen Laser verwendet, um dieses gut förmigen Gerüstmaterial innerhalb eines Hydrogels zu formen, fand eine weiche Mischung von vernetzten Proteinen im Darm des extrazellulären Matrix, die Zellen in dem nativen Gewebe unterstützen. Abgesehen davon, dass das Substrat, auf das die Stammzellen wachsen können, das Hydrogel ist somit auch die Form oder „Geometrie“, das die endgültigen Darmgewebe aufbauen würde.

Sobald in der geimpften darmähnliche Gerüst, innerhalb weniger Stunden, verteilt sich die Stammzellen in dem Gerüst, eine durchgehende Schicht von Zellen, die mit ihrer charakteristischen Krypta Strukturen und villus-ähnlichen Domänen bilden. Dann die Überraschung kam: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Stammzellen nur „wussten“, wie sie sich organisieren, um einen funktionellen winzigen Darm zu bilden.

„Es sieht aus wie die Geometrie des Hydrogels Gerüstes mit seiner Krypta förmige Hohlräumen, direkt das Verhalten der Stammzellen beeinflusst, so dass sie in den Hohlräumen und differenzierbar in den Bereichen außerhalb gehalten werden, genau wie in dem nativen Gewebe“, sagt Lütolf. Die Stammzellen nicht nur auf die Form des Gerüsts nehmen, produzierten sie alle Schlüssel differenzierten Zelltypen in Organoiden in der realen gut, mit einigen seltenen und spezialisierten Zelltypen normalerweise nicht gefunden.

Darm-Gewebe sind für höchste Zellumsatzraten im Körper bekannt ist, in einer großen Menge an Schuppen abgestorbener Zellen, was zu den Lumen der klassischen Organoide akkumulieren, die als geschlossene Kugeln wachsen und erfordern wöchentlich in kleine Fragmente brechen sie in Kultur zu halten. „Die Einführung eines mikrofluidischen System erlaubte uns, effizient perfuse diesem Mini-Mut und schafft ein langlebiges homeostatic organoiden System, in der Zell Geburt und Tod ausgeglichen werden“, sagt Mike Nikolaev, der erste Autor des Papiers.

Die Forscher zeigen, dass diese Miniatur-Darm viele funktionelle Merkmale mit ihren in vivo Kollegen teilen. Zum Beispiel können sie nach massiven Gewebeschäden regenerieren und sie können verwendet werden, um entzündliche Prozesse oder Wirt-Mikroben-Interaktionen in eine Weise, die zuvor nicht möglich mit einem anderen Gewebemodell im Labor gezüchtet zu modellieren.

Darüber hinaus ist dieser Ansatz für das Wachstum von Miniatur-Gewebe von Stammzellen, die aus anderen Organen wie der Lunge, der Leber oder der Bauchspeicheldrüse und aus Biopsien von menschlichen Patienten abgeleitet breit anwendbar. „Unsere Arbeit zeigt, dass das Tissue Engineering verwendet werden kann organoiden Entwicklung und Build-Next-Gen Organoide mit hohen physiologischer Relevanz zu steuern, spannende Perspektiven für Krankheitsmodelle, Arzneimittelforschung, Diagnostik und regenerative Medizin eröffnen“, sagt Lütolf.