Stammzell-Nierenorganoide treiben AKI-Forschung und regenerative Medizin voran

Forscher haben bedeutende Fortschritte in der Nierenorganoid-Forschung erzielt: Neue Plattformen bieten humane Systeme zur Untersuchung der akuten Nierenschädigung (AKI) und treiben die regenerative Medizin voran. Eine in Genome Medicine veröffentlichte Studie beschreibt ein lebendes Nierenorganoid-Modell, das an der Monash University entwickelt wurde und Schlüsselmerkmale der menschlichen Nierenschädigung reproduziert. Es bietet eine Plattform, um zu untersuchen, warum sich einige Nierenzellen erholen, während andere in Richtung chronischer Erkrankung fortschreiten. Unabhängig davon ist es Wissenschaftlern der University of Southern California gelungen, künstliche "Vorläufer"-Nephronzellen zu erzeugen, um "renale Organoide" zu bilden – Miniatur-Nieren, die Schlüsselbereiche des echten Organs nachahmen.

Die aus Stammzellen gezüchtete Organoid-Plattform der Monash University könnte Forschern in der frühen Wirkstoffforschung ein humaneres System bieten, um potenzielle Behandlungen zu untersuchen, bevor sie in die klinische Testung übergehen. AKI ist ein plötzlicher Rückgang der Nierenfunktion, der nach größeren Operationen, Transplantationen oder der Exposition gegenüber bestimmten Medikamenten einschließlich Chemotherapie auftreten kann und bis zu 20 Prozent der Krankenhauseinweisungen betrifft, so Professor John Kanellis, Direktor der Nephrologie bei Monash Health. Trotz ihrer klinischen Bedeutung gibt es nur begrenzte Behandlungen, die die Nierenerholung nach AKI direkt fördern. Die neue Plattform ermöglicht es Forschern, Aspekte der Nierenschädigung in menschlichem Gewebe nachzubilden und zu untersuchen, wie verschiedene Zellpopulationen reagieren, mit dem Ziel, Behandlungen zu identifizieren, die die Niere schützen oder die Erholung nach einer Verletzung verbessern könnten. Dr. Alexander Combes, Leiter des Development and Disease Laboratory und Direktor der Monash Genome Modification Platform, erklärte, dass das Team die Organoid-Plattform nun nutzt, um potenzielle Therapien zu screenen, einschließlich bestehender Medikamente, die möglicherweise für Nierenschädigungen umfunktioniert werden könnten.

An der University of Southern California erzeugten Forscher künstliche "Vorläufer"-Nephronzellen – die Zellen, die schließlich reife Nephrone bilden – und verwendeten sie, um 3D-renale Organoide aufzubauen. Durch die Anpassung der Aktivität zweier Proteine, p38 und YAP, gelang es den Wissenschaftlern, diese Zellen, sowohl von Mäusen als auch von Menschen, über lange Zeiträume im Labor als stabile Zelllinien zu vermehren. Die im Labor gezüchteten Nephron-Vorläuferzellen (NPCs) unterstützten das anhaltende Wachstum sowohl von Maus- als auch von menschlichen Stammzellen, und als die Forscher die von diesen NPCs produzierten Nephrone untersuchten, stellten sie fest, dass sie echten menschlichen Nieren-Vorläuferzellen auffallend ähnlich waren. Das Team entdeckte außerdem, dass Podozyten, reife Nierenzellen, die für die Blutfilterung im Nephron verantwortlich sind, in einen Zustand zurückkehren können, der NPCs ähnelt – das bedeutet, dass vollständig entwickelte Zellen in eine jüngere, vorläuferähnliche Phase zurückkehren können. Der Hauptautor Zhongwei Li erklärte, dass der Durchbruch die Wirkstoffforschung beschleunigen, das Verständnis der genetischen Grundlagen der Nierenentwicklung und -erkrankung vertiefen und eine zuverlässige Versorgung mit Nephron-Vorläuferzellen als wesentliche Bausteine für synthetische Nieren in zukünftigen Nierenersatztherapien bereitstellen könnte.

In einer separaten Entwicklung hat Auxilium Biotechnologies einen historischen Durchbruch in der regenerativen Medizin erzielt, indem das Unternehmen erstmals lebende Nieren- und Lebergewebe unter Mikrogravitationsbedingungen an Bord der Internationalen Raumstation erfolgreich in 3D gedruckt hat. Die automatisierte AMP-1-Plattform, die Zellstrukturen und Gewebedesigns nutzt, die von Spezialisten des Wake Forest Institute for Regenerative Medicine entwickelt wurden, erreichte eine hochpräzise, multifunktionale Bioproduktion. Zu den wichtigsten Errungenschaften der Weltraummission gehörten die erste Produktion von lebendem menschlichem Nierengewebe im Weltraum, das erste vollständig biogedruckte funktionelle Lebergewebe im Orbit, die erste gleichzeitige Produktion von drei verschiedenen Gewebetypen während einer einzigen Mission sowie die Herstellung einer Charge von 28 funktionellen Nervenreparatur-Implantaten. Dank der Mikrogravitationsumgebung erreichten die Wissenschaftler eine außergewöhnlich gleichmäßige Verteilung der Zellen in den Gewebestrukturen, was Möglichkeiten für die Herstellung komplexer biologischer Produkte und letztendlich für die Produktion vollständig funktionsfähiger künstlicher Organe eröffnet. Die Kapsel mit den Proben wasserte am 17. Juni um 5:11 Uhr pazifischer Zeit vor der Küste Kaliforniens auf. Das wichtigste kommerzielle und wissenschaftliche Ziel des Projekts ist die Herstellung von Organoiden, dreidimensionalen Miniaturmodellen menschlicher Organe, die Pharmariesen und Forschungslabore nutzen, um Krankheitsmechanismen zu untersuchen, die Arzneimittelsicherheit zu testen und Behandlungsreaktionen zu modellieren. Die Möglichkeit, Organoide direkt im Weltraum zu drucken, würde Forschern autonomen Zugang zu Experimenten verschaffen und die Abhängigkeit von Raumfahrzeug-Startplänen beseitigen. Auxilium entwickelt eine langfristige Strategie, um seine Drucker in zukünftige kommerzielle Orbitalstationen zu integrieren, einschließlich Projekten wie Vast und Starlab, und die Technologie soll hochskaliert werden, um Langzeit-Interplanetary-Missionen zu unterstützen und eine autonome medizinische Versorgung an permanenten Mondbasen zu ermöglichen.