Mini-Organ im Reagenzglas

Ein Traum der Wissenschaft geht in Erfüllung: Forschende müssen nicht mehr in den Körper hineinschauen, um Organen beim Arbeiten zuzusehen. Stattdessen können sie jetzt Mini-Herzen, -Nieren oder -Gehirne einfach im Labor nachbauen und dort in Aktion untersuchen. Mit diesen gezüchteten Mini-Organen, sogenannten Organoiden, entstehen ungeahnte neue Möglichkeiten – für die Forschung wie für die Therapie.

Dr. Julia Wöstefeld und Dr. Deniz Kanber forschen am Institut für Humangenetik an der Universitätsmedizin Essen (UME) zum Retinoblastom, einer Tumorerkrankung der Netzhaut im Kindesalter. Um die Entstehung der Erkrankung besser zu verstehen, stellen die Wissenschaftlerinnen Netzhaut-Organoide her, die Retinoblastomen auf genetischer Ebene gleichen.

Ein Herz-Organoid dauert 16 Tage

Organoide herzustellen, sei ein wenig wie Brotbacken, erklärt Wöstefeld. „Wir folgen einem Protokoll, das ist quasi unser Rezept“, so Kanber. Hauptzutat sind Stammzellen. Je nachdem, welche Nähstoffe man ihnen zugibt, werden daraus jegliche Organe. Damit sie in die richtige Form kommen, braucht es außerdem besondere Utensilien.

„Normalerweise wachsen Stammzellen am Boden von beschichteten Petrischalen an. Wir zwingen sie mit speziellen Schalen und Medien dazu, dreidimensional und frei schwebend zu wachsen“, so Wöstefeld. Wie lang es dauert, bis ein Organoid fertig ausgebildet ist, hängt vom Organ und den Zellen ab, die man am Ende untersuchen möchte. Bei der Netzhaut sind es bis zu 150 Tage, beim Herzen kann man schon nach 16 Tagen funktionale Strukturen erhalten.

Was können Organoide – und was nicht?

Vollständige Organe lassen sich so noch nicht herstellen, aber einzelne Organstrukturen mit den gleichen Funktionen wie echte Organe. Lungen-Organoide sondern Schleim ab, Brust-Organoide produzieren Muttermilch. Für Wöstefelds und Kanbers Forschung reichen diese vereinfachten Modelle.

Früher wurde in ihrem Institut an Mäusen experimentiert. Allerdings sind die Ergebnisse nicht eins zu eins auf den Menschen übertragbar. „Retinoblastome entstehen in Mäusen anders als in Menschen“, so Wöstefeld. Mit den Organoiden seien sie jetzt aber „direkt im Menschen“.

Organoide als Alternative zu Tierversuchen

Doch nicht immer lassen sich durch Organoide Tierversuche komplett vermeiden. In Prof. Diana Kleins Labor schwimmen winzige Lungen in Petrischalen. Sie und ihr Team erforschen am Institut für Zellbiologie (Tumorforschung) die Effekte einer Strahlentherapie auf das umliegende Normalgewebe. Seit 2020 nutzen sie Organoide.

Dadurch hat sich die Anzahl der Tierversuche deutlich reduziert. Ganz auf sie verzichten könne sie aber nicht, sagt Klein. Denn noch fehle Organoiden etwas Entscheidendes: Gewebe und Zelltypen, die im Organismus in und um die echten Organe vorkommen, wie Blutgefäße und Immunzellen. „Solche Strukturen beeinflussen die Prozesse in den Organen“, so Klein. Diesen Einfluss dürfe man bei der Forschung nicht außen vor lassen.

Nutzen für die Therapie

Nicht nur die Forschung auch die Therapie profitiert bereits von Organoiden. Aus Zellen von Patienten lassen sich patientenindividuelle Organstrukturen und Tumoren nachzüchten. An diesen können unzählige Medikamente im Labor getestet werden. So finden sich genau jene Therapien, die beim Patienten wirken – ohne dass dieser nur eine Pille schlucken oder eine Chemo-Infusion bekommen muss.

Am Hopp-Kindertumorzentrum in Heidelberg macht man sich das schon zu Nutze. Auch Behandlungsteams der UME schicken Gewebeproben ihrer Patienten dorthin. Im großen Stil ist so ein Einsatz von Organoiden nicht im Klinikalltag umsetzbar – noch nicht. Denn für immer mehr Organoide werden Protokolle veröffentlicht, die Anzahl der Forschungsprojekte mit ihnen wächst, die Kosten für ihre Herstellung sinken. Und so hat die Wissenschaft schon den nächsten Traum im Visier: Organe zur Transplantation nachzuzüchten.