Organoid mit allen wichtigen Zellen der Bauchspeicheldrüse erschaffen

Forscher der Organoid-Gruppe (vormals Clevers-Gruppe) am Hubrecht-Institut haben ein neues Organoid entwickelt, das die menschliche fötale Bauchspeicheldrüse nachahmt und einen besseren Einblick in ihre frühe Entwicklung ermöglicht. Die Forscher waren in der Lage, eine vollständige Struktur mit den drei wichtigsten Zelltypen der Bauchspeicheldrüse nachzubilden, die frühere Organoide nicht vollständig nachbilden konnten. Insbesondere identifizierte das Team eine neue Stammzelle, die sich zu den drei Zelltypen entwickelt. Diese Ergebnisse, die am 2. Dezember in Cell veröffentlicht wurden, könnten den Forschern helfen, die Bauchspeicheldrüse besser zu verstehen und in Zukunft neue Behandlungen für Bauchspeicheldrüsenerkrankungen zu entwickeln.

Die Bauchspeicheldrüse hat zwei Hauptaufgaben: Sie hilft bei der Verdauung der Nahrung und steuert den Blutzuckerspiegel. Für jede dieser Aufgaben verwendet das Organ verschiedene Arten von Zellen. Wissenschaftler können die Funktionsweise der Bauchspeicheldrüse anhand von Organoiden untersuchen – winzigen Organen von etwa 1 mm Größe, die im Labor gezüchtet werden. Allerdings konnten die meisten Organoide bisher nur aus jeweils einer Zellart bestehen. Dies erschwert es den Wissenschaftlern, die Bauchspeicheldrüse in ihrer Gesamtheit zu verstehen. „Wir wollten ein Organoid schaffen, das alle Zelltypen enthält, die in einer echten Bauchspeicheldrüse vorkommen“, erklärt Amanda Andersson Rolf, Erstautorin der Studie. „Mit einem solchen Organoid konnten wir untersuchen, wie diese verschiedenen Zellen interagieren, und ein tieferes Verständnis dafür gewinnen, wie sich die Bauchspeicheldrüse entwickelt.“

Erstellung eines vollständigen Organoids

Andersson Rolf und ihre Forscherkollegen verwendeten Gewebe aus der Bauchspeicheldrüse, um ein neues dreidimensionales Organoid zu schaffen, das die menschliche Bauchspeicheldrüse in ihrem fötalen Stadium nachahmt. Dieses Organoid enthielt die drei wichtigsten Zelltypen der Bauchspeicheldrüse: Azinuszellen, Duktuszellen und endokrine Zellen. Jede dieser Zellen spielt eine wichtige Rolle. Die Azinuszellen setzen Enzyme frei, die zur Aufspaltung der Nahrung beitragen, während die Ductuszellen Kanäle bilden, um die Enzyme zum Darm zu transportieren. Schließlich produzieren die endokrinen Zellen Hormone wie Insulin, um den Blutzuckerspiegel zu kontrollieren.

„In unserem Organoid haben wir einen neuen Typ von Stammzellen entdeckt und charakterisiert, der die einzigartige Fähigkeit besitzt, sich in alle drei Zelltypen zu entwickeln“, so Andersson Rolf weiter. „Wir sahen, dass sich die drei Zelltypen nicht nur bildeten, sondern auch ihre erwarteten Funktionen erfüllten. Die Azinuszellen setzten Verdauungsenzyme frei und die endokrinen Zellen produzierten Hormone.“

Bauchspeicheldrüsen-Organoid gibt neue Hinweise

Anhand dieser Organoide entdeckten die Forscher neue Informationen darüber, wie sich die Bauchspeicheldrüse entwickelt. „Die Stammzellen der fötalen Bauchspeicheldrüse sind länger vorhanden, als Wissenschaftler in früheren Studien mit Mäusen gesehen haben“, sagt Andersson Rolf. Interessanterweise können die aus einer dieser Stammzellen gezüchteten Organoide über mehrere Jahre hinweg schnell wachsen und dabei immer noch die drei Hauptzelltypen der Bauchspeicheldrüse produzieren. Andersson Rolf und ihre Kollegen fanden noch einen weiteren entscheidenden Unterschied zwischen der Entwicklung der Bauchspeicheldrüse von Maus und Mensch. „Wir sahen das Vorhandensein eines Proteins namens LGR5, das Stammzellen in verschiedenen Geweben markiert. Dieses Protein kommt in menschlichen Stammzellen der Bauchspeicheldrüse vor, aber nicht in Mäusen“, erklärt Andersson Rolf. „Unsere Forschung zeigt, wie wichtig es ist, die Biologie des Menschen zu studieren, denn mit tierischen Zellen hätten wir das nicht entdecken können“, bemerkt sie.

Zukunftsperspektive

Das neue Organoid, das die fötale Bauchspeicheldrüse nachahmt, kann Wissenschaftlern neue Wege eröffnen, um zu untersuchen, wie Gene und die Umwelt die Entwicklung und Gesundheit der Bauchspeicheldrüse beeinflussen. Letztendlich könnte das Studium dieser Organoide zur Entwicklung regenerativer Therapien und neuer Medikamente zur Behandlung von Bauchspeicheldrüsenerkrankungen beitragen. „Wir müssen jedoch zunächst vollständig verstehen, wie die Zellen und Moleküle in der menschlichen Bauchspeicheldrüse während der Entwicklung und bei Krankheiten zusammenarbeiten“, erklärt Andersson Rolf. „Wir fangen gerade erst an, an der Oberfläche zu kratzen“.

Die Forschung am Hubrecht Institute ist wegweisend in der Entwicklungs- und Stammzellbiologie. Das Institut umfasst 20 Forschungsgruppen, die multidisziplinäre Grundlagenforschung an gesunden und kranken Zellen, Geweben und Organismen betreiben.Das Hubrecht-Institut ist ein Forschungsinstitut der Königlich Niederländischen Akademie der Wissenschaften und Künste (KNAW), das im Wissenschaftspark Utrecht liegt. Seit 2008 ist das Hubrecht an die UMC Utrecht angegliedert. Dadurch konnte sich das Institut zu einem international renommierten Forschungsinstitut entwickeln und die Verbindung zur (prä-)klinischen Forschung erleichtern. Das Hubrecht-Institut unterhält eine Partnerschaft mit dem Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL), die auf gemeinsamen institutionellen Zielen, wissenschaftlichen Synergien und Komplementarität beruht.

Über Hans Clevers

Hans Clevers ist Berater/Gastwissenschaftler am Hubrecht Institut für Entwicklungsbiologie und Stammzellforschung (KNAW) und am Princess Máxima Center für Pädiatrische Onkologie. Er hat eine Professur für Molekulargenetik an der Universität Utrecht inne und ist Forscher am Oncode Institut. Hans Clevers ist seit 2022 Leiter der Pharmaforschung und frühen Entwicklung (pRED) bei Roche. Zuvor war er Direktor/Präsident des Hubrecht-Instituts, der Königlich Niederländischen Akademie der Künste und Wissenschaften und des Prinzessin Máxima Zentrums für pädiatrische Onkologie.