Cincinnati, 30. Juni 2025 – Ein Forschungsteam des Cincinnati Children’s Hospital Medical Center hat einen bahnbrechenden Fortschritt in der Organoidmedizin erzielt: die erfolgreiche Entwicklung von menschlichem Lungengewebe, das eigene Blutgefäße bildet. Die Ergebnisse, die zeitgleich mit einem ähnlichen Erfolg bei Leberorganoiden veröffentlicht wurden, markieren einen Wendepunkt für die Forschung und könnten zukünftig die Reparatur geschädigter Organe ermöglichen. Die Studie erschien am 30. Juni 2025 im Fachjournal Cell.
„Vor unserer Studie war die Entwicklung von Lungenorganoiden mit organspezifischer Gefäßstruktur nicht gelungen“, erklärt die korrespondierende Autorin Mingxia Gu, MD, PhD, die inzwischen an der UCLA tätig ist und die Forschung am Center for Stem Cell and Organoid Medicine (CuSTOM) von Cincinnati Children’s durchführte. Mitautor Yifei Miao, PhD, (nun an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, Peking) und Minzhe Guo, PhD, von Cincinnati Children’s betonen die Bedeutung dieser Errungenschaft für die Erforschung von Lungenerkrankungen wie der seltenen Alveolarkapillardysplasie mit Fehlstellung der Lungenvenen (ACDMPV).
Lösung einer zentralen Herausforderung
Organoide, oft als „Organe im Labor“, werden aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs) gezüchtet, die aus reifen menschlichen Zellen rückprogrammiert werden. Diese Mini-Organe imitieren die Funktionen echter Organe, etwa die Nährstoffaufnahme des Darms oder die Säureproduktion des Magens. Cincinnati Children’s ist seit 2010 führend in der Organoidforschung, als hier das erste funktionale Darmorganoid entwickelt wurde. Die aktuelle Herausforderung bestand darin, Organoide mit Blutgefäßen auszustatten, um ihre Größe und Funktionalität zu erhöhen, da sie sonst auf die Größe eines Samenkorns beschränkt bleiben.
Das Team löste dieses Problem durch eine innovative Differenzierungsmethode. „Die Schwierigkeit, endodermale Organe wie die Lunge zu vaskularisieren, liegt in den unterschiedlichen Signalwegen für die Differenzierung von Lungenepithel und Gefäßen“, erläutert Miao. Durch präzises Timing und die Kombination mehrerer Zelltypen aus iPSCs gelang es, Signale zu erzeugen, die Vorläuferzellen in Blutgefäße umwandelten. Dies führte zur Bildung von Lungenorganoiden mit bronchialen Epithelzellen (RAS-Zellen), die zuvor in konventionellen Modellen nicht nachgewiesen wurden.
Neue Erkenntnisse für seltene Krankheiten und COVID-19
Die Studie liefert entscheidende Erkenntnisse zur Entwicklung von Lungen- und Gefäßzellen sowie zur Entstehung von ACDMPV, einer tödlichen Erkrankung, bei der Neugeborene aufgrund fehlgebildeter Alveolen und Blutgefäße innerhalb eines Monats sterben. Das Team zeigte, dass Störungen im Zell-Zell-Dialog während der frühen Gefäßbildung die Krankheit auslösen. Zudem bieten die Organoide Einblicke in die Schäden an Lungenkapillaren durch Viren wie SARS-CoV-2, was neue Ansätze für Schutz- und Reparaturstrategien eröffnet.
Ausblick und Bedeutung
Cincinnati Children’s hat Patentanträge für die entwickelten Methoden eingereicht, und das CuSTOM-Team arbeitet daran, die Technologie weiterzuentwickeln. „Wir freuen uns darauf, die Grundlagen der Organbildung weiter zu erforschen und diese Erkenntnisse zur Verbesserung der Behandlung schwerer Krankheiten einzusetzen“, sagt Aaron Zorn, PhD, Co-Direktor von CuSTOM. Die Ergebnisse werden im Januar 2026 auf der Keystone-Konferenz in Kyoto präsentiert.
Die vierjährige Studie, an der über 20 Forscher:innen von Cincinnati Children’s sowie Partner von Harvard, dem Icahn School of Medicine, dem Sophia Children’s Hospital und der Boston University beteiligt waren, wurde unter anderem von den National Institutes of Health und der American Heart Association gefördert. Die Organoide sind ein Meilenstein für die regenerative Medizin und könnten die Abhängigkeit von Tiermodellen reduzieren, während sie die Forschung an menschlichem Gewebe vorantreiben.
