Diese Woche präsentierten israelische Forscher ein winziges Herz aus menschlichen Zellen, hergestellt mit einem 3D-Drucker. Wie zukunftsträchtig ist der Ansatz, Organe auszudrucken?

Sasha Mendjan: Dieser Ansatz wird tissue engineering genannt, es ist also der künstliche Nachbau von Gewebe. Ist ein Organ sehr einfach aufgebaut, ich denke zum Beispiel an die Luftröhre, ist es gut möglich, dass dieser Nachbau funktioniert. Nimmt man aber komplexe Organe wie das Herz oder das Gehirn, ist es schwer denkbar, diese Organ nach diesem Prinzip nachzubauen. Es gibt viele verschiedene Zelltypen, die zusammenspielen müssen. Dass ausgedruckte Zellen richtig miteinander agieren, ist meiner Ansicht nach wenig wahrscheinlich.

Sie selbst forschen auch an der Herstellung von Mini-Herzen, verfolgen aber einen anderen Ansatz. Was ist der Unterschied?

Tissue engineering, die Grundlage des Herzens aus dem 3D-Drucker, lässt sich mit dem Hausbau vergleichen: Man schaut sich das Organ an, macht einen Plan, wie es aussehen soll, dann baut man die einzelnen Bausteine zusammen. Wir verfolgen mit unseren Herzorganoiden einen anderen Ansatz: Wir schauen uns an, wie die Natur ein Organ wie das Herz baut. Sie macht das nicht wie ein Baumeister, sondern das Herz entwickelt sich Schritt für Schritt. Die Natur setzt nicht fertige Zellen zusammen, sondern fängt mit Vorläuferzellen an. Diese müssen miteinander sprechen, dadurch entwickelt sich ein Mini-Organ im Embryo. Wir sagen: Es ist dieser natürliche Prozess, den wir im Labor nachahmen müssen. Schließlich hat die Evolution das nicht ohne Grund so entwickelt.

Sasha Mendjan
Sasha Mendjan forscht an Herz-Organoiden
© IMBA

Wie weit sind Sie denn in der Entwicklung eines solchen Herzorganoids?

Wir forschen daran, aber bisher gibt es noch kein Herzorganoid. Für viele andere Organe, wie den Darm, die Leber und das Gehirn, ist es aber schon gelungen, solche Modelle herzustellen.

Was macht es so schwierig?

Ein Organoid ist nicht nur eine organähnliche Struktur im 3D-Format – es ist ein selbst wachsendes Organ, das aus Stammzellen im Labor entsteht und seine Organstruktur selbst aufbaut. Dafür haben wir die Signale entschlüsselt, die den Zellen in jeder Entwicklungsphase sagen, was zu tun ist. Diese Signale funktionieren wie Botenstoffe und sagen zum Beispiel der Vorläuferzelle, dass sie sich zu einer Herzkammerzelle entwickeln soll. Wir haben diese Sprache der Zellen entschlüsselt und sprechen sie jetzt auch. Aber die Entwicklung des Herzens ist am Anfang sehr komplex, das liegt wohl daran, dass es unser erstes Organ überhaupt ist. Das Herz fängt an Tag 23 im Mutterleib an zu schlagen, es entwickelt sich viel schneller als andere Organe.

Was muss ein Organoid können? Das Herz aus dem 3D-Drucker ist ja nicht funktionsfähig.

Ein Organoid muss funktionieren! Was wir jetzt schon in unserem Labor haben, sind einfache Versionen von Mini-Herzen: Sie schlagen bereits und haben auch einen kleinen Vorhof, auch Blutgefäße haben wir schon. Doch da gibt es so viele Prozesse, die funktionieren müssen: Das Wichtigste ist die Pumpfunktion, es müssen sich Herzkammern bilden, alle Zellen müssen auch wirklich Herzzellen sein.

Die israelischen Forscher wollen in zehn Jahren ein funktionsfähiges Herz für den Menschen ausdrucken. Was glauben Sie, wie die Zukunft aussehen wird?

Es ist sehr realistisch, dass wir bald Herzorganoide haben werden. Daran können Krankheiten erforscht werden, zum Beispiel angeborene Herzfehler. Herzorganoide könnten auch als Zellmaterial benutzt werden, um sie in die Herzen von Menschen zu transplantieren. Es wurde schon gezeigt, dass das funktionieren kann. Hat ein Mensch einen Herzinfarkt erlitten, stirbt dadurch eine große Zahl an Herzzellen ab. Diesen Patienten könnten neue Zellen ,gespritzt‘ werden – wichtig ist dabei, dass es genau die richtigen Zellen sind, damit das Herz heilen kann. Ein weiteres wichtiges Einsatzgebiet für Mini-Herzen: Jedes Medikament, das auf den Markt kommt, muss dahingehend getestet werden, ob es Nebenwirkungen am Herzen auslöst. Bisher wurde das nur an Zellkulturen getestet, viel besser wäre ein echtes Herzmodell. Auch das tissue engineering wird sich weiterentwickeln – es könnte auch sein, dass eine Kombination der Ansätze die Lösung sein wird.

Illustration
Illustration der Blutgefäße basierend auf Originaldaten aus den Organoid
© IMBA/ÖAW

Dann würde es funktionsfähige „Ersatzherzen“ aus dem Labor geben?

Ich kann mir das gut vorstellen. Ich kann mir zum Beispiel vorstellen, dass mittels tissue engineering ein Grundgerüst eines Herzens entwickelt wird – und wir könnten das Gewebe aus der Organoidforschung liefern. Aber das wird wohl noch länger als zehn Jahre dauern.