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Forschungserfolg in WienMenschliche Blutgefäße im Labor gezüchtet

Wiener Forschern ist es gelungen, aus menschlichen Stammzellen Blutgefäße im Labor zu züchten. Daran könnten Erkrankungen der Gefäße erforscht werden.

Eine Illustration des Modells
Eine Illustration des Modells © IMBA
 

Jener Forschungsgruppe, die bereits Mini-Gehirne im Labor gezüchtet hat, ist ein weiterer Durchbruch gelungen: Die Wissenschaftler des Wiener Instituts für Molekulare Biotechnologie (IMBA) haben im Labor ein Modell von Blutgefäßen im Mikro-Maßstab zu erstellen. Damit haben sie ihre Forschungen um ein weiteres Organoid-Modell erweitert.

"Das Spannende an unserer Arbeit ist, dass es uns gelungen ist, echte menschliche Blutgefäße aus Stammzellen herzustellen. Unsere Organoide sind den menschlichen Kapillaren unglaublich ähnlich und erlauben uns erstmals, Blutgefäßerkrankungen direkt am menschlichen Gewebe zu untersuchen ", Reiner Wimmer, Erstautor der Studie. An diesem Modell, das im Top-Magazin "Nature" präsentiert wurde, lassen sich zum Beispiel Diabetes-bedingten Gefäßschäden untersuchen.

"Diabetiker leiden als Spätfolgen ihrer Erkrankung oft an Gefäßerkrankungen", sagte Dontscho Kerjaschki, Co-Autor der wissenschaftlichen Untersuchung. Bei den großen Blutgefäßen sei das die schneller auftretende Atherosklerose mit Herzinfarkt, Schlaganfall als mögliche Folgen. "Noch viel gefährlicher ist aber die Mikro-Vaskulopathie, also die diabetische Gefäßerkrankung der kleinen Gefäße", betonte Kerjaschki. "Besonders katastrophal ist das als Ursache der diabetischen Nierenerkrankung, wobei viele Zuckerkranke dialysepflichtig werden, oder bei der diabetischen Netzhauterkrankung."

Das Spannende an unserer Arbeit ist, dass es uns gelungen ist, echte menschliche Blutgefäße aus Stammzellen herzustellen.

Reiner Wimmer, Erstautor der Studie

Aus einem persönlichen Kontakt zwischen Kerjaschki und dem damaligen Chef des IMBA Josef Penninger, entwickelte sich schließlich die Arbeit an dem 3D-Organoid-Modell für Blutgefäße. Es handelt sich um ein bis zwei Millimeter große "Modelle" für die Kapillargefäße des Menschen. Jürgen Knoblich (IMBA) hat vor Jahren erstmals derartige Organoid-Modelle entwickelt, zum Beispiel für das menschliche Gehirn. Im Prinzip ähnliche 3D-Gewebekulturen gibt es mittlerweile auch für den menschlichen Darm oder die Prostata.

Bilder aus dem Labor: Mini-Kapillargefäße
Bilder aus dem Labor: Mini-Kapillargefäße Foto © IMBA

Aus Stammzellen gezüchtet

Für ihr Blutgefäßmodell ließen die Wissenschaftler menschliche Stammzellen so reifen, dass sie funktionierende Mikro-Blutgefäße bildeten. Diese wurden in einem Versuchsanordnung schließlich in die Nieren von Mäusen transplantiert. "Die Organoide wuchsen und überlebten zu mehr als 95 Prozent länge als sechs Monate", schrieben die Wissenschaftler in "Nature".

Als Modell eignet sich die Versuchsanordnung offenbar auch sehr gut für wissenschaftliche Forschung zum Thema der Mikrogefäß-Erkrankung bei Typ-2-Diabetikern. "Ein wesentliches Merkmal ist die Verdickung und zwiebelähnliche Struktur der Basalmembran dieser Blutgefäße. Hinzu kommt, dass die Endothelzell-Schicht undicht wird", sagte Kerjaschki. Diese Undichtheit führt beispielsweise bei der Netzhauterkrankung von Zuckerkranken zu den typischen Schäden des Augenhintergrundes und Erblindung auslösen.

Auch Medikamente testen

Die Wissenschaftler imitierten Typ-2-Diabetes im Labor, indem sie die Organoide hohen Zucker- und Entzündungsbotenstoffen aussetzten. Bis hin zu elektronenmikroskopischen Untersuchungen zeigten sich im Miniatur-Maßstab die typischen krankhaften Veränderungen der Kapillargefäße.

In Zukunft könnten die Gefäßmodelle auch zur Erforschung neuer Therapien nützlich sein. In einem weiteren Test "behandelten" Wissenschaftler die "zuckerkranken" Organoide mit einer ganzen Reihe von herkömmlichen, den Blutzuckerspiegel senkenden Antidiabetika-Medikamenten. "Keines von ihnen hatte einen Effekt auf die Veränderungen der Blutgefäß-Organoide", sagte Kerjaschki.

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