Wissenschaftler schaffen zuerst die menschliche Speiseröhre in Stammzellen
Zum ersten Mal ist es Forschern gelungen, im Labor eine menschliche Speiseröhre zu schaffen. Dies könnte den Weg für neue, regenerative Behandlungen ebnen.
Die Speiseröhre ist der Muskeltubus, der die Nahrung und Flüssigkeiten, die wir aufnehmen, von unseren Kehlen bis zu unseren Mägen transportiert.
Dieses Organ besteht aus verschiedenen Gewebetypen, einschließlich Muskeln, Bindegewebe und Schleimhaut.
Wissenschaftler des Cincinnati-Kinderzentrums für Stammzell- und Organoidmedizin (CuSTOM) in Ohio haben diese Gewebe im Labor künstlich mit pluripotenten Stammzellen oder Stammzellen gezüchtet, die jede Form annehmen und Gewebe im Körper bilden können.
Das Team, das von Jim Wells, Ph.D., dem wissenschaftlichen Leiter von CuSTOM, geleitet wurde, züchtete im Labor vollständig ausgebildete menschliche Speiseröhren und erläuterte seine Ergebnisse in einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel Zellstammzelle.
Nach ihrer Kenntnis ist dies das erste Mal, dass eine solche Leistung nur mit pluripotenten Stammzellen erreicht wurde.
Im Labor gezüchtete Organoide der Speiseröhre können bei der Behandlung einer Reihe von Erkrankungen wie Speiseröhrenkrebs und gastroösophagealer Refluxkrankheit (GERD) helfen.
Sie können auch bei der Behandlung seltenerer angeborener Erkrankungen wie Ösophagusatresie (ein Zustand, bei dem die obere Speiseröhre nicht mit der unteren Speiseröhre in Verbindung steht) und Achalasie der Speiseröhre (bei der sich die Speiseröhre nicht zusammenzieht und daher keine Nahrung passieren kann) helfen.
Jüngsten Schätzungen zufolge betrifft GERD - auch als saurer Reflux bekannt - rund 20 Prozent der US-Bevölkerung. Im Jahr 2018 werden über 17.000 Menschen in den USA an Speiseröhrenkrebs erkranken.
Wie Wells und sein Team in ihrer Arbeit erklären, trägt ein voll funktionsfähiges Modell der menschlichen Speiseröhre - in Form eines im Labor gezüchteten Organoids - zu einem besseren Verständnis dieser Krankheiten bei.
Die Ergebnisse können auch zu besseren Behandlungen mit regenerativer Medizin führen.
Schlüsselprotein hilft Wissenschaftlern, die Speiseröhre zu züchten
Während sie versuchten, die Organoide zu bilden, konzentrierten sich Wells und sein Team auf ein Protein namens Sox2 und das Gen, das es codiert. Frühere Untersuchungen hatten gezeigt, dass eine Störung dieses Proteins zu einer Reihe von Erkrankungen der Speiseröhre führt.
Die Wissenschaftler kultivierten menschliche Gewebezellen sowie Zellen aus dem Gewebe von Mäusen und Fröschen, um die Rolle von Sox2 bei der embryonalen Entwicklung der Speiseröhre genauer zu untersuchen.
Das Team enthüllte, dass Sox2 die Bildung von Ösophaguszellen antreibt, indem es einen anderen genetischen Weg hemmt, der Stammzellen „anweist“, sich stattdessen zu Atmungszellen zu formen.
Sie wollten auch die Auswirkungen des Sox2-Entzugs in diesen wichtigen Entwicklungsstadien untersuchen. Das Experiment ergab, dass der Verlust von Sox2 zu einer Form der Ösophagusatresie bei den Mäusen führte.
Schließlich konnten sie Organoide der Speiseröhre erzeugen, die nach 2 Monaten 300–800 Mikrometer lang waren. Die Wissenschaftler testeten dann die Zusammensetzung der im Labor gezüchteten Gewebe und verglichen sie mit der des menschlichen Ösophagusgewebes, das aus Biopsien gewonnen wurde.
Wells und Team berichten, dass die beiden Gewebetypen eine sehr ähnliche Zusammensetzung hatten. Wells kommentiert die klinische Bedeutung der Organoide wie folgt:
"Die Organoide sind nicht nur ein neues Modell zur Untersuchung von Geburtsfehlern wie Ösophagusatresie, sondern können auch zur Untersuchung von Krankheiten wie eosinophiler Ösophagitis und Barrett-Metaplasie oder zur genetischen Anpassung von genetisch abgestimmtem Ösophagusgewebe für einzelne Patienten verwendet werden."
"Erkrankungen der Speiseröhre und der Luftröhre sind bei Menschen so weit verbreitet, dass organoide Modelle der menschlichen Speiseröhre von großem Nutzen sein könnten."
Jim Wells, Ph.D.
