Forscher lassen Mini-Leber im Kopf der Maus wachsen
Seit 1981 versuchen Wissenschaftler, menschliches Gewebe im Labor zu produzieren. Japanische Forscher schafften es jetzt, eine Leber im Miniformat im Kopf einer Maus wachsen zu lassen. Damit schufen sie ein „proof of principle“ – einen Beweis dafür, dass Organe prinzipiell künstlich gezüchtet werden können.
Japanische Forscher züchteten aus menschlichen pluripotenten Stammzellen "Knospen" aus Lebergewebe, die anschließend einer Maus implantiert wurden.
Foto: Takanori Takebe
Als Grundlage nahmen die japanischen Forscher Takanori Takebe und Hideki Taniguchi von der Universität Yokohama gemeinsam mit ihrem Team die sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen, die IPS-Zellen. Dabei handelt es sich etwa um Hautzellen, die zu Stammzellen verjüngt wurden. Zunächst ließen die Forscher diese zu Vorläufern der Leberzellen heranwachsen, bis sie dann mit anderen menschlichen Gewebezellen gemischt wurden. „Wir entdeckten, dass sich die Zellen unerwartet in einer dreidimensionalen Struktur organisierten“, erklärt Studienerstautor Takanori Takebe. Das so entstandene neue Organ nannten sie „Leberknospe“. Insgesamt waren es drei verschiedene Zelltypen, die diese Leberknospe bildeten.
Durch ein Loch in die Schädeldecke eingesetzt
Als die Leberknospe eine Größe von vier bis fünf Millimeter erreicht hatte, setzten sie diese einer Maus durch ein kleines Loch im Kopf in die Schädeldecke ein. Die Forscher wählten bewusst den Kopf aus, weil sich dort ein Gewebewachstum und die Funktion des Gewebes mittels Mikroskopen laut Takebe am einfachsten beobachten lässt. Dazu befestigten sie die kleine Leber an einem Glasplättchen, um die Bildung von Blutgefäßen beobachten zu können. Um sicherzugehen, dass die eingesetzte Mini-Leber nicht abgestoßen wird, hatten die Mäuse einen Defekt des Immunsystems.
Das Forscherteam konnte beobachten, wie sich ein eigenes Gefäßsystem entwickelte. Die Stoffwechselfunktionen der Leber waren im Mausekopf funktionstüchtig. Die Mini-Leber wurde regelmäßig nach der Transplantation untersucht. Etwa zwei Monate später wurde erforscht, wie die Leber auf Medikamente reagiert. Auch die Gene wurden analysiert. Erfolgreich verlief auch das Einsetzen der Leberknospe in das Bindegewebe im Bauchraum.
Transplantation in die Leber nicht möglich
Eine Transplantation in die Leber selbst glückte den Forschern jedoch noch nicht. Die Leberknospe war mit vier bis fünf Millimetern zu groß, um sie in den Blutkreislauf zu lassen. Jetzt haben sich die Forscher zum Ziel gesetzt, Leberknospen mit einer Größe von maximal 100 Mikrometer zu entwickeln, um sie auf dem Blutweg in die Leber der Mäuse zu schicken.
Aufgrund des „proof of principle“ wollen die japanischen Forscher diese Technik jetzt auch für andere Organe anwenden. In Betracht kommen Organe wie Lungen, Nieren und Bauchspeicheldrüsen. Takebe arbeitet bereits an den notwendigen IPS-Knospen für die Bauchspeicheldrüse.
Den japanischen Forschern aus Yokohama ist mit dem Mäuseexperiment ein entscheidender Schritt beim Versuch Organe im Labor zu züchten gelungen. Ausführlich stellen sie ihre Arbeiten in einer Studie vor, die jetzt in Nature veröffentlicht wurde.
In zehn Jahren könnten erste Studien mit Leberkranken starten
Doch bis Patienten von dem Experiment profitieren können, wird es noch dauern – die Forscher müssen noch viele Fragen klären. Sie rechnen damit, dass es noch etwa zehn Jahre vergehen, bis erste Studien mit Leberkranken möglich sind. Ziel ist es, irgendwann einmal einen Ersatz für kranke Herzen und kranke Lebern zu züchten. Bis dahin muss geklärt werden, ob sich in dem Gewebe beispielsweise auch Gallengänge bilden können, die giftige Stoffe aus der Leber leiten. Unklar ist auch noch, wie sich eine gezüchtete Leber bei einer Schädigung verhält.
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