Grundlagenforschung

Menschliches Pankreas im Kleinformat entwickelt

Ein Miniaturorgan der menschlichen Bauchspeicheldrüse soll dabei helfen, Fehlentwicklungen in der Embryogenese des Organs aufzudecken und damit den frühen Ursachen von Diabetes auf die Spur zu kommen.

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Zellkerne eines menschlichen Organoids der Bauchspeicheldrüse.

Zellkerne eines menschlichen Organoids der Bauchspeicheldrüse.

© Carla A. Gonçalves/DanStem

Neu-Isenburg. Eine europäische Forschergruppe hat in Zellkultur ein Miniaturorgan (Organoid) der menschlichen Bauchspeicheldrüse entwickelt. Das berichtet das Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden in einer Mitteilung. Gleichzeitig wurde ein Atlas einzelner Zellen im menschlichen embryonalen Pankreas erstellt.

Mit dem Miniaturorgan können Forscher künftig beobachten, welche Gene während der Entwicklung in den verschiedenen Zelltypen aktiv sind (Nature Comm 2021; online 25. Mai). Das Organoid und der Atlas sollen Wissenschaftlern zudem dabei helfen, Krankheitsbilder des Menschen, die die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse beeinflussen, zu erforschen. Gleichzeitig ließen sich mit den neuen Erkenntnissen Ersatz-Betazellen für die Therapie von Patienten mit Diabetes entwickeln.

Dreidimensionale Wachstum in Zellkultur

Wichtige Vorarbeiten dazu hatte MPI-CBG-Direktorin Professor Anne Grapin-Botton geleistet. Um die Entwicklung des Pankreas zu erforschen, hatte sie in früheren Studien Kultivierungsmethoden für Zellen von Mäuse-Bauchspeicheldrüsen entwickelt. Den Zellen wurde dabei ermöglicht, dreidimensional zu wachsen und verästelte Strukturen zu bilden.

Diese 3D-Strukturen ähneln einer Bauchspeicheldrüse der Maus in Miniaturformat, also einem Organoid. Zu verstehen, wie sich das Pankreas im menschlichen Embryo entwickelt war bisher eine Herausforderung für Forscher. Man wusste nur wenig über das dreidimensionale Wachstum.

Ein ähnliches Kultursystem für menschliche Pankreas-Zellen entwickelten jetzt Forscher um Dr. Carla Gonçalves vom MPI-CBG und vom Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Biology (DanStem) in Kopenhagen. Gonçalves und ihre Kollegen verglichen dabei die neu gebildeten Organoide der menschlichen Bauchspeicheldrüse und menschliche Bauchspeicheldrüsenzellen aus einer herkömmlichen flachen Zellkultur mit einem sogenannten Referenz-Einzelzelltranskriptom der menschlichen embryonalen Bauchspeicheldrüse. Dieser Einzelzelltranskriptom-Atlas zeigt alle Gene, die in jeder Zelle während der Entwicklung aktiv sind, da nur ein Teil des genetischen Codes in RNA-Moleküle und dann in Proteine umgewandelt wird.

„Beim Vergleich der beiden Zellkultursysteme haben wir bemerkt, dass die Vorläuferzellen der Bauchspeicheldrüse in dreidimensionaler Zellkultur den Zellen der menschlichen embryonalen Bauchspeicheldrüse ähnlicher sind. Die Methode, um Organoide der menschlichen Bauchspeicheldrüse zu entwickeln, ist sehr robust, sodass wir in Zukunft viele biologische Fragen in Bezug auf die menschliche Bauchspeicheldrüse untersuchen können“, wird Gonçalves in der Mitteilung zitiert. „Wir können die Organoide auch während der Entwicklung unter dem Mikroskop beobachten und können damit einfach Experimente machen, die wir am MPI-CBG durchführen“, ergänzt Grapin-Botton.

Modell für Zell-Zell-Kommunikation

Verwendung für die Ergebnisse hatten auch die Forschergruppen von Professor Antonio del Sol am CIC bioGUNE in Bilbao (Spanien) und am Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB). Diese nutzten die aus dem menschlichen embryonalen Pankreas gewonnenen Daten, in einem Zell-Zell-Kommunikationsnetzwerk-Modell. Damit kann man nachverfolgen, welche Zellen welches Signal aussenden und welche es empfangen. Es lässt sich also untersuchen, wie Zellen untereinander kommunizieren.

„Unser Zellkultursystem macht es möglich, die Entwicklung der menschlichen Bauchspeicheldrüse dreidimensional zu untersuchen. Krankheiten wie Diabetes können ihren Ursprung bereits während der Entwicklung eines Embryos haben. Mit diesem neuen dreidimensionalen Miniaturorgan können wir mehr über die Entwicklung der menschlichen Bauchspeicheldrüse erfahren“, so Grapin-Botton in der Mitteilung.

„Wir haben jetzt einen Maßstab dafür, wie sich eine normale menschliche Bauchspeicheldrüse entwickeln sollte und können erforschen, wie Diabetes entstehen kann, wenn in der Entwicklung etwas schiefläuft. Wir können auch untersuchen, wie die Betazellen, die Insulin herstellen, gebildet werden. Die Betazellen könnten dann für zukünftige Zelltherapien von Diabetes effizienter produziert werden.“ (eb/eis)

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