Großer Fortschritt dank Mini-Organen – ScienceDaily

Ein paar Stammzellen, verschiedene Wachstumsfaktoren, vier bis sechs Wochen Zeit – und natürlich viel Know-how sind nötig, um im Labor eine verkleinerte, aber dennoch lebensechte und funktionstüchtige Nachbildung eines Gebärmutterhalses herzustellen.

Eine neue Publikation, die jetzt in der Zeitschrift erschienen ist Naturprotokolle zeigt, wie der Prozess im Detail funktioniert. DR. Verantwortlich dafür ist Cindrilla Chumduri, Leiterin der Forschungsgruppe am Institut für Mikrobiologie der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Der Infektions- und Krebsbiologe erforscht seit langem die physiologischen Vorgänge im Gebärmutterhalsgewebe. Sie interessiert sich besonders für die Bedingungen, unter denen dort Krebs entsteht.

„Bis vor kurzem fehlte der Wissenschaft ein System, das die zellulären, physiologischen und funktionellen Eigenschaften verschiedener Zelltypen im Gebärmutterhals gut widerspiegelt“, sagt Chumduri. Dies, sagt sie, habe es schwierig gemacht, die normale Physiologie, Krankheitsentwicklung und Infektionsprozesse zu untersuchen.

Mit den von ihr entwickelten dreidimensionalen Organoiden, sagt sie, „eröffnen sich jetzt neue Möglichkeiten, die Biologie des Gebärmutterhalses, Infektionen und die Entstehung von Krebs zu untersuchen.“ Neue Anwendungen in der personalisierten Medizin, die Suche nach neuen Wirkstoffen, Eingriffe in das Genom, die Modellierung von Krankheiten: All das könnten Wissenschaftler mit Hilfe von Organoiden nun viel einfacher als bisher in die Praxis umsetzen.

Der Gebärmutterhals hat viele Funktionen

Der Gebärmutterhals ist eine komplizierte Struktur. Eine ihrer wichtigsten Aufgaben ist es, den Durchgang von Spermien in die Gebärmutterhöhle zu ermöglichen, damit die Befruchtung der Eizelle stattfinden kann. Andererseits muss es den weiblichen Fortpflanzungstrakt vor gefährlichen Eindringlingen wie Pilzen, Viren und Bakterien sowie vor aufsteigenden Infektionen schützen. Außerdem muss sie sich am Ende einer Schwangerschaft deutlich erweitern können, damit der Fötus sie passieren kann.

Anatomisch bildet der Gebärmutterhals die Verbindung zwischen der Gebärmutterhöhle und der Scheide. Sie besteht aus der sogenannten Endozervix, die an die Gebärmutter angrenzt, und der Ektozervix, die in die Scheide ragt. Diese sind von unterschiedlichen Zelltypen ausgekleidet: Während die Endozervix ein Säulenepithel besitzt, besitzt die Ektozervix ein mehrschichtiges Plattenepithel. Wo die beiden Bereiche zusammenlaufen, bilden sie eine Übergangszone und sind besonders anfällig für Infektionen und Gewebebildung. Dort entstehen zum Beispiel die meisten Gebärmutterhalskrebserkrankungen.

Stammzellen als Ausgangsmaterial

Für die Entwicklung der 3D-Organoide des Gebärmutterhalses wählten Cindrilla Chumduri und ihr Team adulte epitheliale Stammzellen als Ausgangsmaterial. Diese wurden in Biopsien sowohl von der Endozervix als auch von der Ektozervix entnommen. Mit Hilfe einzigartiger Kombinationen von Wachstumsfaktoren sowie unterschiedlichen Kultivierungsmethoden gelang es ihnen, die natürliche dreidimensionale Gewebearchitektur und -zusammensetzung sowie die funktionellen Eigenschaften des ursprünglichen Gewebes zu rekapitulieren und über einen langen Zeitraum zu erhalten.

In fortgeschritteneren Experimenten manipulierten die Wissenschaftler die Stammzellen auch genetisch. „Wir haben die Stammzellen mit Genen des humanen HPV-Papillomavirus implantiert, die für die Krebsentstehung verantwortlich sind“, sagt Chumduri. Dies könnte möglicherweise ein Rätsel lösen, an dem die Wissenschaft seit langem arbeitet.

Tödliche Co-Infektionen

Denn obwohl bekannt ist, dass HPV die treibende Kraft hinter den meisten Gebärmutterhalskrebserkrankungen ist, ist eine Infektion mit dem Virus nicht gleichbedeutend mit einer bösartigen Gewebsneubildung: Aktuelle Statistiken deuten darauf hin, dass etwa 80 Prozent aller Frauen im Laufe ihres Lebens eine HPV-Infektion durchmachen. Trotzdem erkranken nur 1,6 Prozent von ihnen an Gebärmutterhalskrebs.

Mittlerweile wird vermutet, dass es weitere Faktoren gibt, die das Risiko für Gebärmutterhalskrebs erhöhen, etwa eine Koinfektion mit anderen sexuell übertragbaren Erregern, etwa dem bakteriellen Erreger Chlamydia trachomatis. Die gentechnisch veränderten menschlichen ektozervikalen Organoide ermöglichen es Chumduri und ihrem Team nun, die langfristigen Auswirkungen einer Virusinfektion auf das Plattenepithel des Gebärmutterhalses und den Beitrag von Co-Infektionen mit anderen Krankheitserregern wie Chlamydia trachomatis genauer zu untersuchen.

Großes Potenzial für weitere Fortschritte

„Endozervikale und ektozervikale Organoide sind ideale, fast physiologische 3D-Epithelgewebe, um die Biologie des Gebärmutterhalses, Wirt-Pathogen-Interaktionen und Krankheitsentwicklung zu studieren und zu modellieren“, ist sie sich sicher. Außerdem seien sie ideal, um die Reaktion des Organs auf antibiotikaresistente Erreger zu untersuchen.

Organoide ermöglichen es auch, die Reaktion des Zervixepithels auf hormonelle Veränderungen und deren Auswirkungen auf die Stammzellregeneration, die Schleimproduktion und die angeborene Abwehr gegen Krankheitserreger zu untersuchen. Ihre langfristige Kultivierbarkeit biete eine einzigartige Gelegenheit, chronische oder wiederholte Infektionen und ihre Auswirkungen auf Wirtszellen genauer zu untersuchen, sagte sie.

Cindrilla Chumduri ist jedenfalls überzeugt: „Insgesamt bietet das organoide Modell des Gebärmutterhalses großes Potenzial für weitere Fortschritte in der Erforschung der Biologie des weiblichen Fortpflanzungstraktes.“

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