‚Organe in eine Schüssel‘ ebnen den Weg für personalisierte Medizin in Darm und Leber-Krankheit

Einer der spannendsten Fortschritte in der Stammzell-Forschung ist die Entwicklung von organoid-Systeme, die Orgel-wie die drei-dimensionalen Strukturen, die imitieren Ihre jeweilige organ in vivo. In dieser wichtigen überprüfung in der Verdauungs-und Leber-Erkrankungen, veröffentlicht von Elsevier, die Wissenschaftler betonen einige der etablierten und spannenden Roman verwendet für organoids oder „Organe in einem Gericht“ in der Gastroenterologie und Hepatologie und der Blick in die Zukunft in diesem spannenden Feld.

Recent advances in stem cell biology aktiviert haben, langfristige Kultivierung von organotypischen intestinalen oder hepatischen Geweben abgeleitet von Gewebe Wohnsitz oder pluripotente Stammzellen. Diese 3D-Strukturen, so genannten organoids, stellen einen erheblichen Fortschritt in der strukturellen und funktionellen Komplexität gegenüber herkömmlichen in-vitro-Zellkultur-Modelle, die sind oft nicht-physiologische und transformiert werden. Organoids kann rekapitulieren, die in vivo die Architektur, Funktionalität und genetische Signatur der entsprechenden Gewebe. Daher gibt es immer mehr Interesse an solchen kultivierten Zellen als Quelle für das tissue engineering, die regenerative Medizin und personalisierte Medizin.

„Organoid Technologie kann verwendet werden, um zu zeigen neuartige Einblicke in die Grundlagen der Biologie wie Stamm-Zellbiologie, Organogenese, Zell-Differenzierung, Zell-Zell-Interaktionen und physiologischen Funktionen, sondern ist auch wichtig für die Zukunft der regenerativen Medizin“, erläutert Hauptautor Prof. Dr. Markus F. Neurath, MD, Abteilung von Medizin, Universitätsklinikum, Friedrich-Alexander-Universität, Erlangen-Nürnberg, Deutschland. „Sie kann auch verwendet werden zur Untersuchung der Pathophysiologie von verschiedenen menschlichen Krankheiten wie Krebs, Infektionen (host-microbe-interaction), Entzündungen und erbliche Krankheiten wie die zystische Fibrose.“

Da organoids dienen als neuartiges Werkzeug zur Modellierung von epithelialen Zell-Biologie, Epithel -, Umsatz -, Barrieren-Dynamik, immun-epithelialen Kommunikation und Wirt-Mikroben-Interaktion, organoids gewählt worden sind, die Methode des Jahres 2017, nicht nur für medizinische Ansätze, sondern auch für die Grundlagenforschung.

Die Autoren markieren einige der bedeutendsten Fortschritte der vergangenen zehn Jahre Gastroenterologie und Hepatologie, die das Potenzial zur Verbesserung der Patienten-Ergebnisse:

• Leber und Galle-organoids wurden erstmals im Jahr 2007 eingeführt, um zu demonstrieren, die Kapazität der bipotent hepatoblasts zu verpflichten, die eine biliäre Linie. Sie basiert auf der spontanen Differenzierung und führte zu organoids mit eingeschränkter Funktion und die Reife, die proof-of-Prinzip für die aktuelle generation der hepatobiliären organoids.
• Darm-organoids wurden erstmals beschrieben im Jahr 2009 und kann verwendet werden zur Untersuchung der Pathophysiologie einer Vielzahl von menschlichen Krankheiten, einschließlich Magen-Darm-Entzündungen wie entzündliche Darmerkrankungen (IBD) und Zöliakie, Infektionen wie Helicobacter und Salmonellen, Tumorerkrankungen und genetische Krankheiten. Patient-derived organoids ermöglichen, Arzneimittel-screening und personalisierte Ansätze für die Behandlung von Darm-Erkrankungen.
• Studien mit epithelialen organoids haben, erhöht das Verständnis der zugrunde liegenden Pathophysiologie Morbus Crohn, eine Erkrankung, die noch unvollständig verstanden. Im Jahr 2011 Wissenschaftler haben gezeigt, dass caspase-8-defizienten Darm-organoids display erhöhte Empfindlichkeit gegenüber einer proinflammatorischen Art von Zelltod (necroptosis) und zusätzlich eine veränderte Paneth-Zell-Homöostase. Die Forscher verglichen die Ergebnisse, die in den caspase-8-defizienten organoide Kulturen zu Daten, die sich aus primären humanen Gewebe und entdeckt eine deutliche überschneidung. Diese Daten zeigen, dass die organoids sind nützlich für das Verständnis der Physiologie von Paneth-Zellen im besonderen ist von Bedeutung, da Paneth-Zell-Dysfunktion ist ein Markenzeichen von Ileum die Entzündung bei Morbus Crohn.
• Die Fähigkeit, zu wachsen organoids von gesunden murinen und humanen intestinalen Gewebe hat den Weg geebnet für die organoids abgeleitet von Patienten tumor-material. Diese tumor-organoids phänotypisch und genetisch ähneln den tumor Epithel, aus denen Sie abgeleitet sind, und stellen somit ein vielversprechendes Werkzeug, um potenziell ermöglichen Patienten-spezifischen Anti-Krebs-Medikament testen.
• In-vitro-Produktion von bona-fide-Hepatozyten könnten, bieten eine einzigartige Plattform für die Erkrankung, Modellierung und high-throughput-drug-screening für Erkrankungen der Leber. Die neuere Forschung hat geführt zu einer erfolgreichen Vermehrung von primären Hepatozyten, die aus fetalen oder adulten ganze Leber bei Menschen und Mäusen. Die daraus resultierende Hepatozyten-organoids ausgedrückt Marker und Funktion auf einem Niveau vergleichbar zu primären Gewebe, bietet eine vielversprechende Plattform für die translationale Anwendungen wie drug-screening. Leber und Galle-organoids wurden verwendet, um die Modell mehrere monogene Krankheiten der Leber, einschließlich zystischer Fibrose, polyzystische Lebererkrankung, Alagille-Syndrom, Morbus Wilson und alpha1-antitrypsin-Mangel. Diese Patienten-abgeleiteten organoids rekapitulieren den Phänotyp der Erkrankung in vitro und können verwendet werden als Arzneimittel-screening-Plattformen für die Entwicklung neuartiger Therapeutika in der personalisierten Medizin.
• Die Behandlung von Leber-Erkrankungen ist eingeschränkt durch den Mangel an gesundem Gewebe geeignet für transplantation. Freu mich schon, organoids stellen eine Quelle der funktionell ausgereifte, leicht erweiterbar Zellen, könnte dieses Problem zu beheben. Experimente an Tiermodellen haben die ersten proof-of-principle für die Machbarkeit und Wirksamkeit der transplantation von Leber und Galle-organoids.

„Obwohl Magen-Darm-und Leber und Galle-organoids wurden, entwickelte sich erst in den letzten zehn Jahren, haben Sie bereits bewiesen, dass Sie ein unschätzbares Werkzeug für das Arzneimittel-screening, Krankheit, Modellierung und regenerative Medizin“, Schloss Prof. Dr. Neurath und co-Autoren. „Herausforderungen, die noch bleiben; jedoch, jüngsten Fortschritte in der Biotechnologie, organ-on-chip-Technologie, single-cell-Analysen und synthetische matrix-Entwicklung halten großes Versprechen für die Bewältigung der aktuellen Einschränkungen und schreitet das Feld sogar noch weiter, sowohl in Bezug auf die mechanistischen Studien und die klinische translation.“