Winzige, vereinfachte Organe, die in einem Labor gezüchtet werden – bekannt als Organellen – könnten möglicherweise die Forschung und Entwicklung von Arzneimitteln zu einem viel schnelleren Prozess machen.
Wissenschaftlern ist es gelungen, einen menschlichen “Körper auf einem Chip” zu schaffen, der aus mehreren lebenden Geweben im mikroskopischen Maßstab besteht.
Es wurde als das fortschrittlichste Labormodell des menschlichen Körpers bezeichnet und kann bei der Entwicklung neuer Medikamente von unschätzbarem Wert sein, bevor sie bei echten Menschen eingesetzt werden.
Winzige Organellen – etwa ein Millionstel der Größe ihrer realen Gegenstücke – sind im Wesentlichen ein Testfeld für Forscher, die Medikamente entwickeln und Krankheiten bekämpfen möchten. Dies ist der jüngste Schritt in einer langen Reihe von Fortschritten bei der Reproduktion winziger Modelle menschlicher Körperteile im Labor.
Ähnliche Muster miteinander verbundener Organellen wurden bereits verwendet, um Ergebnisse für Arzneimittel, die zu toxisch sind, um auf dem Markt zu bleiben, originalgetreu zu reproduzieren. Das Verfahren kann Probleme aufdecken, die bei Tests an Tieren oder Zellen, die in Petrischalen kultiviert wurden, nicht gefunden wurden.
Die neue größere Version führt mehr Orgelmodelle ein und erhöht die Wahrscheinlichkeit, gefährliche Nebenwirkungen zu bekommen.
„Die Schaffung mikroskopisch kleiner menschlicher Organe für Drogentests ist eine logische Erweiterung unserer Arbeit zur Schaffung menschlicher Organe“, sagt der Mediziner Thomas Schupe vom Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM).
“Viele der gleichen Technologien, die wir auf menschlicher Ebene entwickelt haben, einschließlich der sehr natürlichen Umgebung, in der Zellen leben, haben auch bei der Komprimierung auf mikroskopische Ebene hervorragende Ergebnisse erzielt.”
Schupe und seine Kollegen verwendeten eine so genannte “Biotechnologie-Toolbox”, um Miniaturorgane zu erstellen, zu denen das menschliche Gehirn, Herz, Leber, Lunge, Gefäßsystem und Dickdarm gehören.
Jedes Organoid begann als winzige Probe menschlicher Gewebezellen und Stammzellen, die dann zu winzigen Organen heranwuchsen. Sie ahmen viele der Funktionen des realen Organs nach, das sie kopieren, und können Blutgefäßzellen, Immunzellen und Bindegewebsfibroblasten umfassen.
Ein halbes Dutzend geschrumpfter Organe wurden in unmittelbarer Nähe zusammengeführt, um einen vereinfachten menschlichen Körper darzustellen, sodass Forscher sehen konnten, wie verschiedene Teile unserer Anatomie in Kombination reagieren könnten, wenn bestimmte Medikamente angewendet werden. Diese Erkenntnis kann von unschätzbarem Wert sein.
„Wir wussten, dass wir alle wichtigen Zelltypen einbeziehen mussten, die im ursprünglichen Organ vorhanden waren“, sagt der biomechanische Ingenieur Alex Skardahl von der Ohio State University. “Um die unterschiedlichen Reaktionen des Körpers auf toxische Verbindungen zu simulieren, mussten alle Zelltypen einbezogen werden, die diese Reaktionen auslösen.”
Die vom Team entwickelten Organellen können Tests, die zuvor an 2D-Gewebeproben durchgeführt wurden, zum Leben erwecken und Experten eine umfassendere und realistischere Sicht auf die Wirkungen eines bestimmten Arzneimittels geben.
Da nur 1 von 5.000 Arzneimitteln aus präklinischen Studien auf den Markt kommt, hat der Arzneimittelentwicklungsprozess ein großes Potenzial zur Verbesserung der Wirksamkeit und Sicherheit.
Wir könnten neue Medikamente schneller, kostengünstiger und ohne großen (oder gar keinen) Bedarf an Tierversuchen erhalten, wenn realistische organoidbasierte menschliche Simulationen entwickelt würden.
“Die wichtigste Fähigkeit des menschlichen Gewebesystems ist die Fähigkeit, in einem sehr frühen Entwicklungsstadium festzustellen, ob ein Medikament für den Menschen toxisch ist, und seine mögliche Verwendung in der personalisierten Medizin”, sagt der Urologe Anthony Atala von WFIRM.
“Das Vermeiden problematischer Medikamente in den frühen Stadien der Entwicklung oder Behandlung kann buchstäblich Milliarden von Dollar sparen und möglicherweise Leben retten.”
Die Studie wurde in Biofabrication veröffentlicht.
