Forscher der Organoid-Gruppe (vormals Clevers-Gruppe) am Hubrecht-Institut haben ein neues Organoid entwickelt, das die menschliche fötale Bauchspeicheldrüse nachahmt und einen klareren Blick auf ihre frühe Entwicklung bietet. Den Forschern gelang es, eine vollständige Struktur nachzubilden, die die drei wichtigsten Zelltypen der Bauchspeicheldrüse umfasst, die frühere Organoide nicht vollständig nachahmen konnten.
Insbesondere identifizierte das Team eine neue Stammzelle, die sich zu den drei Zelltypen entwickelt. Diese Ergebnisse, veröffentlicht in Zelle am 2. Dezember könnte 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 von Nahrungsmitteln und reguliert den Blutzuckerspiegel. Für jede dieser Aufgaben nutzt das Organ unterschiedliche Zelltypen. Wissenschaftler können untersuchen, wie die Bauchspeicheldrüse funktioniert, indem sie sich Organoide ansehen – winzige Organe mit einer Größe von etwa 1 mm, die im Labor gezüchtet werden. Allerdings konnten die meisten Organoide bisher jeweils nur in einem Zelltyp existieren. Dies macht es für Wissenschaftler schwieriger, die Bauchspeicheldrüse als Ganzes zu verstehen.
„Wir wollten ein Organoid schaffen, das alle Zelltypen umfasst, die in einer echten Bauchspeicheldrüse vorkommen“, erklärt Amanda Andersson Rolf, Erstautorin der Studie. „Mit einem solchen Organoid könnten wir untersuchen, wie diese verschiedenen Zellen interagieren und ein tieferes Verständnis dafür gewinnen, wie sich die Bauchspeicheldrüse entwickelt.“
Erstellen eines vollständigen Organoids
Andersson Rolf und ihre Forscherkollegen verwendeten Gewebe aus der Bauchspeicheldrüse, um ein neues dreidimensionales Organoid zu schaffen, das die menschliche Bauchspeicheldrüse im fötalen Stadium nachahmt. Dieses Organoid enthält die drei Haupttypen von Pankreaszellen: Azinuszellen, Duktalzellen und endokrine Zellen.
Jede dieser Zellen spielt eine lebenswichtige Rolle. Azinuszellen setzen Enzyme frei, die beim Abbau von Nahrungsmitteln helfen, während Duktalzellen Kanäle bilden, um die Enzyme in den Darm zu transportieren. Schließlich produzieren endokrine Zellen Hormone wie Insulin, um den Zuckerspiegel im Blut zu kontrollieren.
„In unserem Organoid haben wir einen neuen Stammzelltyp entdeckt und charakterisiert, der die einzigartige Fähigkeit besitzt, sich in alle drei Zelltypen zu entwickeln“, fährt Andersson Rolf fort. „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.“
Organoid der Bauchspeicheldrüse gibt neue Hinweise
Anhand dieser Organoide entdeckten die Forscher neue Informationen über die Entwicklung der Bauchspeicheldrüse. „Die Stammzelle der fötalen Bauchspeicheldrüse ist 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 dennoch die drei Hauptzelltypen der Bauchspeicheldrüse produzieren. Andersson Rolf und ihre Kollegen fanden außerdem einen weiteren entscheidenden Unterschied zwischen der Bauchspeicheldrüsenentwicklung von Mäusen und Menschen.
„Wir haben das Vorhandensein eines Proteins namens LGR5 gesehen, das Stammzellen in verschiedenen Geweben markiert. Dieses Protein kommt in menschlichen Pankreas-Stammzellen vor, aber nicht in Mäusen“, erklärt Andersson Rolf.
„Unsere Forschung unterstreicht die Bedeutung des Studiums der menschlichen Biologie, da wir dies mit tierischen Zellen nicht hätten entdecken können.“
Zukunftsperspektive
Das neue Organoid, das die fötale Bauchspeicheldrüse nachahmt, kann Wissenschaftlern neue Möglichkeiten bieten, zu untersuchen, wie Gene und die Umwelt die Entwicklung und Gesundheit der Bauchspeicheldrüse beeinflussen. Letztendlich könnte die Untersuchung dieser Organoide dazu beitragen, regenerative Therapien und neue Medikamente zur Behandlung von Bauchspeicheldrüsenerkrankungen zu entwickeln.
„Allerdings müssen wir 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.“
Weitere Informationen:
Langfristige In-vitro-Expansion einer menschlichen fötalen Pankreasstammzelle, die alle drei Pankreaszelllinien erzeugt, Zelle (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.10.044. www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01254-6