Stellen Sie sich vor, Sie könnten beschädigtes Gewebe in Ihren Organen reparieren. Daran arbeitet die Stammzellforschung, denn Stammzellen haben ein enormes Potenzial, um Zellen von Organen wie Leber, Bauchspeicheldrüse und Darm zu produzieren.
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler, den Weg nachzuahmen, den Stammzellen nehmen, um zum Beispiel Organe in Embryonen zu bilden. Trotz umfangreicher Bemühungen war es jedoch sehr schwierig, Zellen dazu zu bringen, sich im Labor richtig zu entwickeln. Aber sie haben möglicherweise einen wichtigen Schritt übersehen und vielleicht eine andere Art von Stammzellen übersehen, legt eine neue Studie der Universität Kopenhagen nahe.
„Sehr einfach ausgedrückt, eine Reihe neuerer Studien hat versucht, aus Stammzellen in einer Schale einen Darm herzustellen. Wir haben einen neuen Weg gefunden, dies zu tun, einen Weg, der verschiedenen Aspekten dessen folgt, was im Embryo passiert. Hier haben wir einen gefunden neuen Weg, den der Embryo benutzt, und wir beschreiben das Zwischenstadium, das verschiedene Arten von Stammzellen nutzen könnten, um den Darm und andere Organe zu bilden“, sagt Ph.D. Student bei Martin Proks, einem der Hauptautoren der Studie des Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine an der Universität Kopenhagen (reNEW).
Die Forscher untersuchten sogenannte pluripotente Stammzellen und entoderme extraembryonale Stammzellen. Extraembryonale Endodermzellen sind eine neue Stammzelllinie, die dasselbe Forschungsteam vor ein paar Jahren beschrieben hat. Sie tragen zu den Darmorganen bei, indem sie wichtige Stützzellen sind, die Membranen, Nahrung für die Membranen und mehr bereitstellen.
Gruppenleiter und Professor Joshua Brickman von reNEW erklärt: „Wir haben einen alternativen Weg identifiziert, den sogenannte extraembryonale Zellen verwenden können, um Darmorgane im Embryo herzustellen. Wir haben dann unsere extraembryonalen endodermalen Stammzellen genommen und sie zu Darm entwickelt organähnliche Strukturen in der Schale.
„Aber bis in die jüngste Vergangenheit haben die Menschen angenommen, dass diese Zellen dem Embryo bei der Entwicklung helfen, und dann sind sie weg. Dass sie nichts mit Ihrem Körper zu tun haben. In diesem Artikel haben wir also entdeckt, dass wir diese Stützzellen steuern Durch diesen neuen alternativen Weg würden sie tatsächlich organoide Strukturen bilden“, sagt Joshua Brickman zu den Ergebnissen, die in veröffentlicht wurden Natur Zellbiologie.
Kann im Labor gezüchtete Zellen verbessern
Die Forscher identifizierten alle potenziellen Zellen, die Kandidaten für die Bildung von mit dem Verdauungstrakt verbundenen Organen wie Leber, Bauchspeicheldrüse, Lunge und Darm waren, indem sie sie mit einem genetischen Marker markierten. Diese großen Datenmengen sind schwer zu analysieren und erforderten innovative neue Analyseansätze, die in Zusammenarbeit mit Physikern des Niels-Bohr-Instituts entwickelt wurden.
„Dann haben wir die Gene identifiziert, die in diesen Zellen verwendet werden. Um diese Arbeit zu erleichtern, haben wir ein neues Computertool entwickelt, um Zellcluster zu vergleichen, und dieses sowohl zum Vergleichen von Zellen innerhalb unseres eigenen Datensatzes als auch zum Untersuchen anderer verwendet“, erklärt außerordentlicher Professor Ala Trusina bei das Niels-Bohr-Institut.
Um zu fragen, ob der alternative Weg Organzelltypen im Labor entwickeln könnte, machten sich die Forscher daran, eine andere Art von Stammzellen zu verwenden. Diese Stammzellen, die weiter oben in diesem Artikel beschrieben wurden, stammen aus einem anderen Teil des Embryos als pluripotente Stammzellen, und sie ähneln dem Ausgangspunkt für den zweiten oder alternativen Weg der Organbildung.
„Wir haben diese Stammzellen dann verwendet, um darmorganähnliche Strukturen in einer Schale zu erzeugen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass beide Wege funktionieren könnten. Die Verwendung des alternativen Wegs könnte dazu beitragen, dass im Labor gezüchtete Zellen funktionelle Zellen bilden und Krankheiten behandeln und untersuchen“, sagt Michaela Rothova, einer der anderen Hauptautoren der Studie.
Dies könnte sich als wichtige Entdeckung erweisen, da Wissenschaftler seit langem versuchen, den Code zu knacken, wie Stammzellen zu den richtigen Zellen entwickelt werden können, die für eine bestimmte Behandlung benötigt werden, oder um Medikamente zu testen oder eine Krankheit zu modellieren.
„Wir sind in Bezug auf die Funktion noch nicht ganz so weit gekommen, und wir haben Probleme, diese Zellen zu reifen. Vielleicht können wir einige dieser Probleme lösen, indem wir diesen alternativen Weg ausprobieren oder den alternativen Weg mit dem traditionellen Weg kombinieren“, schließt Joshua Brickman bei reNEW.
Michaela Mrugala Rothová et al, Identifizierung des zentralen Zwischenprodukts beim Übergang vom extraembryonalen zum embryonalen Endoderm durch Einzelzell-Transkriptomik, Natur Zellbiologie (2022). DOI: 10.1038/s41556-022-00923-x