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„Organoide" – Modellorgane für die Medizin von Morgen

Organoide aus Stammzellen helfen Krankheiten zu erforschen und Medikamente zu entwickeln.

Weltweit arbeiten Forscher an der Entwicklung von aus Stammzellen gezüchteten „Organoiden“. Diese sehr kleinen, oft nur wenige Millimeter großen, dreidimensionalen Modelle können das Verhalten und die Funktion menschlicher Organe nachahmen. 2013 hatte IMBA Direktor Jürgen Knoblich mit seinem Team erstmals solche Gehirn-Organoide aus menschlichen Stammzellen im Labor hergestellt. Sein Kollege, IMBA Gruppenleiter Sasha Mendjan hat sich zum Ziel gesetzt, Herz-Organoide aus Stammzellen zu entwickeln. Damit bearbeitet er ein Gebiet mit besonderer Relevanz, immerhin sind Herz-Kreislauf-Erkrankungen die häufigste Todesursache in Europa. 2019 gelang es IMBA Wissenschaftlern, die weltweit ersten Blutgefäß-Organoide zu entwickeln, mit deren Hilfe Krankheiten wie Diabetes erforscht werden können. Die in Wien entwickelten Blutgefäß-Organoide wurden im Jahr 2020 auch dazu genutzt, Wirkstoffe gegen die durch das Corona-Virus ausgelöste Krankheit Covid-19 zu testen.

Innere Organe wie beispielsweise Magen-Darm zählen ebenfalls zum Portfolio der Wissenschaftler. Durch diese umfassende Expertise und seine Pionierleistungen zählt das IMBA mittlerweile zu den weltweit führenden Instituten im Bereich der Organoid-Forschung.

Allen Organoiden, ob Herz, Leber, Niere, ist ihr gewaltiges Potenzial für die moderne Medizin gemeinsam: Krankheiten können erforscht und neue Medikamente entwickelt werden. Komplexe Vorgänge der Organentwicklung und der Entstehung von Krankheiten lassen sich mit den Organmodellen direkt im menschlichen Gewebe erforschen. So erlauben es beispielsweise hirnähnliche Organoide erstmalig, Erbkrankheiten des Gehirns an einer menschlichen Organkultur zu untersuchen. Es ist sogar möglich, gezielt Organoide aus Zellen von Patienten mit neurologischen Krankheiten herzustellen. „Die biologischen Ursachen vieler komplexer neurologischer Krankheitsbilder, wie Epilepsie oder Schizophrenie, sind noch weitgehend ungeklärt. Wir hoffen, auf diesem Weg Erkenntnisse zu bekommen, mit dem Ziel, zielgerichtete Therapien mitentwickeln zu können“, meint Organoid-Pionier Jürgen Knoblich.

Hier könnte dann die pharmazeutische Industrie ansetzen. Aber auch bereits erforschte, neuartige Substanzen und Therapien können durch die Organoid-Technologie sehr viel schneller an menschlichem Material getestet werden und zum Einsatz kommen.

Ethische Aspekte von Organoiden

Grundlagenforschung mit dem Ziel, die Humanmedizin voranzutreiben, war lange Zeit hauptsächlich auf Tierversuche angewiesen. Einige dieser Untersuchungen, insbesondere das Beleuchten komplexer systemischer Erkrankungen, können auch heute – und in absehbarer Zukunft – noch nicht ohne Tiermodelle auskommen.

Durch den Einsatz von Organoiden können heute viele Fragestellungen beantwortet werden, oftmals sogar besser als im Tiermodell, da direkt an menschlichem Gewebe geforscht werden kann. Die modernen Methoden erlauben es auch, Stammzellen direkt aus Körperzellen zu züchten (sogenannte induziert Pluripotente Stammzellen, oder iPS Zellen). Somit kann die Verwendung von ethisch umstrittenen embryonalen Stammzellen vermieden werden.
Selbst die gesunde Entwicklung menschlicher Organe kann in Organoiden akkurat studiert werden, ein besonderer Vorteil bei der Entwicklung des menschlichen Gehirns, das sich ganz grundlegend von tierischen Gehirnen unterscheidet. Komplexe Erkrankungen des Gehirns, die bei Tieren oft nicht einmal auftreten, etwa Autismus und Schizophrenie, aber auch neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson, können so erstmals zielgerichtet untersucht werden.

Schlussendlich stellen Organoide einen unschätzbaren Vorteil für die personalisierte Medizin dar, da sie für Merkmalsgruppen, manchmal sogar für einzelne Patienten, gezüchtet werden können. So können auch neuartige Substanzen und Therapien unter völlig neuen Gesichtspunkten überprüft werden. Einmal auf ihre Wirksamkeit, ob etwa ein Medikament bei einer bestimmten Patientengruppe wirksam ist. Zudem lassen sich Toxizität und Verträglichkeit völlig gefahrlos an menschlichem Material testen.

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