Alai

Im Labor gezüchtete Teile

Ein fehlendes Glied nachwachsen zu lassen, ist keine große Sache – für einen Seestern oder Salamander, Lebewesen, die dafür bekannt sind, dass sie regenerative „Superkräfte“ einsetzen, um fehlende Arme und Schwänze zu ersetzen. Aber sie sind nicht die einzigen Tiere, die zerstörte oder beschädigte Körperteile wiederherstellen können. Rehe können bis zu 66 Pfund (30 Kilogramm) Geweih nachwachsen lassen. (30 Kilogramm) Geweih in nur drei Monaten nachwachsen lassen. Zebrafische können ihr Herz nachwachsen lassen, und Plattwürmer haben gezeigt, dass sie ihren eigenen Kopf regenerieren können.

Aber für den Menschen gilt: Was verloren ist, ist verloren – oder doch nicht?

Einzelne Zellen in unserem Körper werden ständig ersetzt, wenn sie sich abnutzen, ein Prozess, der sich mit zunehmendem Alter verlangsamt, aber ein ganzes Menschenleben lang anhält. Diese häufige und sichtbare Regeneration können Sie sogar an einem Ihrer Organe beobachten: Ihrer Haut. Der American Chemical Society zufolge verliert der Mensch alle zwei bis vier Wochen seine gesamte äußere Hautschicht und damit etwa 510 Gramm Hautzellen pro Jahr.

Die Regeneration kompletter Organe und Körperteile, wie sie bei den Time Lords von „Doctor Who“ üblich ist, übersteigt jedoch die Möglichkeiten der menschlichen Biologie. In den letzten Jahren ist es Wissenschaftlern jedoch gelungen, eine Reihe menschlicher Körperstrukturen zu züchten, ähnliche Strukturen, die erfolgreich an Tieren getestet wurden, sowie menschliche Organe in kleinem Maßstab, die als „Organoide“ bezeichnet werden und zur Untersuchung der Funktion und Struktur menschlicher Organe in einer Detailgenauigkeit verwendet werden, die zuvor unmöglich war. Hier einige aktuelle Beispiele:

Eileiter

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Infektionsbiologie in Berlin züchteten mit Hilfe von Stammzellen die innerste Zellschicht menschlicher Eileiter, der Strukturen, die Eierstöcke und Gebärmutter verbinden. In einer am 11. Januar veröffentlichten Erklärung beschreiben die Forscher, dass die resultierenden Organoide die Eigenschaften und Formen aufweisen, die für Eileiter in voller Größe typisch sind.

Minigehirn

Ein im Labor gezüchtetes Gehirn von der Größe eines Radiergummis wurde von Wissenschaftlern der Ohio State University (OSU) aus Hautzellen kultiviert und ist strukturell und genetisch dem Gehirn eines fünf Wochen alten menschlichen Fötus ähnlich. Das Organoid, das von Vertretern der OSU in einer Erklärung vom 18. August als „Brain Changer“ bezeichnet wurde, hat funktionierende Neuronen mit signalübertragenden Fortsätzen wie Axonen und Dendriten. Auf dem Foto des Minigehirns kennzeichnen Etiketten Strukturen, die typischerweise in einem fötalen Gehirn zu finden sind.

Miniherz

Forscher brachten Stammzellen dazu, sich zu Herzmuskel und Bindegewebe zu entwickeln und sich dann in winzigen Kammern zu organisieren und zu „schlagen“. In einem Video, das diese Leistung zeigt, schlagen die Herzmuskelzellen (rot in der Mitte), während Bindegewebe (grüner Ring) das Miniherz an der Schale befestigt, in der es gewachsen ist. Kevin Healy, Professor für Bioengineering an der University of California, Berkeley, und Mitautor der Studie, sagte in einer Erklärung. „Diese Technologie könnte uns helfen, schnell nach Medikamenten zu suchen, die wahrscheinlich zu Herzfehlern bei der Geburt führen, und Entscheidungen darüber zu treffen, welche Medikamente während der Schwangerschaft gefährlich sind.“ Die Forschungsergebnisse wurden im März 2015 in der Zeitschrift Nature Communications

Minikidney

Ein Team australischer Wissenschaftler züchtete eine Minikidney und differenzierte Stammzellen, um zum ersten Mal ein Organ mit drei verschiedenen Arten von Nierenzellen zu bilden. Die Forscher züchteten das Organoid in einem Prozess, der der normalen Nierenentwicklung folgte. Auf dem Bild stellen die drei Farben die Arten von Nierenzellen dar, die „Nephrone“, die verschiedenen Strukturen innerhalb der Niere, bilden.

Minilung

Forscher aus mehreren Institutionen arbeiteten zusammen, um 3D-Lungenorganoide zu züchten, die Bronchien oder Atemwegsstrukturen und Lungensäcke entwickelten. „Diese Minilungen können die Reaktionen von echtem Gewebe nachahmen und sind ein gutes Modell, um zu untersuchen, wie sich Organe bei Krankheiten verändern und wie sie auf neue Medikamente reagieren könnten“, sagte Jason R. Spence, leitender Studienautor und Assistenzprofessor für Innere Medizin und Zell- und Entwicklungsbiologie an der University of Michigan Medical School, in einer Erklärung. Die Minilungen überlebten im Labor mehr als 100 Tage.

Minimagen

Minimägen, die etwa einen Monat brauchten, um in einer Petrischale zu kultivieren, bildeten „ovale, hohle Strukturen“, die einem der beiden Abschnitte des Magens ähnelten, sagte Jim Wells, Mitautor der Studie und Professor für Entwicklungsbiologie am Cincinnati Children’s Hospital Medical Center. Wells erklärte gegenüber Live Science, dass die winzigen Mägen mit einem Durchmesser von etwa 3 Millimetern für Wissenschaftler, die die Auswirkungen eines bestimmten Bakteriums untersuchen, das Magenkrankheiten verursacht, besonders hilfreich sind. Dies liegt daran, dass sich die Bakterien in Tierversuchen anders verhalten, sagte er.

Vagina

Im April 2014 beschrieb eine in der Fachzeitschrift The Lancet veröffentlichte Studie die erfolgreiche Transplantation von im Labor gezüchteten Vaginas, die durch die Aufzucht von Zellen der Patientinnen auf einem vaginalen Gerüst entstanden. Die Transplantationen, die einige Jahre zuvor bei vier Mädchen und jungen Frauen im Alter zwischen 13 und 18 Jahren durchgeführt wurden, korrigierten einen angeborenen Defekt, bei dem die Vagina und die Gebärmutter fehlen oder unterentwickelt sind. Die Teenager wurden acht Jahre lang nach den Transplantationen jährlich untersucht. Während dieser Zeit funktionierten die Organe normal und ermöglichten einen schmerzfreien Geschlechtsverkehr.

Penis

Wissenschaftler am Wake Forest Institute for Regenerative Medicine verwendeten Kaninchenzellen, um Schwellkörper zu züchten, und verpflanzten die im Labor gezüchteten Penisse auf männliche Kaninchen, die sich dann erfolgreich paarten. Das Verfahren befindet sich jedoch noch im Versuchsstadium, und das Team benötigt die Genehmigung der US Food and Drug Administration, um seine Arbeit auszuweiten und menschliches Gewebe und Probanden einzubeziehen. Das U.S. Armed Forces Institute of Regenerative Medicine stellt Geld für die Studie zur Verfügung, da die Forschung Soldaten zugute kommen könnte, die im Kampf Leistenverletzungen erlitten haben.

Ösophagus

An der Kuban State Medical University in Krasnodar, Russland, hat ein internationales Team von Wissenschaftlern eine funktionierende Speiseröhre konstruiert, indem sie drei Wochen lang Stammzellen auf einem Gerüst wachsen ließen; anschließend implantierten sie das Organ erfolgreich in Ratten. Die Wissenschaftler testeten die neue Speiseröhre auf ihre Haltbarkeit, indem sie sie 10.000 Mal auf- und abbliesen, die künstlichen Strukturen in 10 Ratten implantierten und bis zu 20 Prozent der ursprünglichen Organe der Tiere ersetzten.

Ohr

Hört euch das an: Wissenschaftler haben menschliche Ohren in 3D gedruckt und kultiviert, indem sie geformte Ohrformen mit lebenden Zellen beschichteten, die um den Rahmen herum wuchsen. Die Forscher erstellten die ohrförmige Form, indem sie das Ohr eines Kindes mit einer 3D-Software modellierten und das Modell dann an einen 3D-Drucker schickten. Sobald die Wissenschaftler die Form in der Hand hatten, injizierten sie ihr einen Cocktail aus lebenden Ohrzellen und Kollagen von Kühen, und „es kam ein Ohr heraus“, berichtete Live Science. Die hergestellten Ohren wurden dann für ein bis drei Monate in Ratten implantiert, während die Wissenschaftler die Veränderungen in Größe und Form während des Wachstums der Organe untersuchten.