„Giftige“ Organoide gezüchtet - wissenschaft.de
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„Giftige“ Organoide gezüchtet

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme der Retorten-Giftdrüsen. (Bild: Ravian van Ineveld, © Prinzessin Máxima Center)

Mini-Organe, im Labor gezüchtet: Die sogenannten Organoide avancierten in den letzten Jahren zu spannenden Hilfsmitteln der Forschung. Nun berichten Wissenschaftler über besonders skurrile Versionen: Sie haben aus Schlangenzellen Retorten-Giftdrüsen gezüchtet, die tatsächlich Toxine produzieren. Die Organoide können von diversen Spezies im Labor hergestellt und vermehrt werden. Dadurch könnten sie der Entwicklung von Gegengiften und Medikamenten dienen, sagen die Forscher.

Faszinierend und gruselig zugleich: Seit Jahrtausenden beschäftigen sich Menschen mit der tödlichen, aber auch potenziell heilenden Wirkung von Schlangengiften. Klar ist: Schlangenbisse stellen eine erhebliche Bedrohung für den Menschen dar. Schätzungen zufolge sterben jährlich über 100.000 Menschen durch Attacken von Giftschlangen und über 400.000 tragen bleibende Schäden davon. Die Bereitstellung von Gegengiften hat deshalb eine große Bedeutung. Außerdem sind Schlangengifte Goldgruben bei der Entwicklung neuer Medikamente: Blutdrucksenker und Schmerzmittel wurden beispielsweise bereits von den komplexen Toxinen inspiriert und es könnten noch viele weitere Wirkstoffe in den Giften der vielen unterschiedlichen Schlangenarten der Welt schlummern.

Doch bei der Erforschung der Schlangentoxine und der Entwicklung von Gegengiften gibt es einen problematischen Aspekt: Um an die Sekrete zu kommen, müssen Schlangen in Farmen gezüchtet und „gemolken“ werden – man muss die Reptilien in ein Entnahmegefäß beißen lassen. Diese Gewinnung ist aufwendig und gefährlich. Eine Möglichkeit zur Herstellung der Gifte im Labor, ohne mit den bissigen Reptilien hantieren zu müssen, wäre folglich ideal. Vor diesem Hintergrund kamen die Wissenschaftler des Hubrecht Instituts in Utrecht auf die Potenziale der Organoid-Technologie.

Giftgewinnung: Laborproduktion statt Melken

Organoide sind vereinfachte Miniaturvarianten echter Organe, die viele Merkmale der Originale besitzen. Diese Gebilde können im Labor aus Stammzellen gezüchtet werden, die sich in speziellen Kultursystemen in die für das jeweilige Organ typischen Zellen und Strukturen differenzieren. Anschließend lassen sich die Gebilde teilen und vermehren. Damit bieten sie die Möglichkeit, die Funktionsweise etwa von Herz-, Nieren- oder Nervengeweben im Modell zu erforschen. Es gibt sogar bereits „Mini-Gehirne“, deren Nervenzellen miteinander kommunizieren. Im Rahmen ihrer Studie haben Hubrecht und seine Kollegen nun ausgelotet, ob sich auch funktionstüchtige Giftdrüsen-Organoide herstellen lassen, um Toxine im Labor zu gewinnen.

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Sie nahmen dazu Kontakt mit Schlangenexperten auf, um das Ausgangsmaterial zu erhalten: Schlangeneier von neun unterschiedlichen Arten. Aus diesen holten die Forscher die kleinen Reptilien vor dem Schlüpfen heraus und entnahmen ihnen kleine Gewebestücke aus den Giftdrüsen. Diese Zellen wurden dann zusammen mit Wachstumsfaktoren in Nährmedien inkubiert. Wie die Wissenschaftler berichten, fanden sie schließlich ein Rezept, das für optimale Wachstumsbedingungen sorgte. „Die günstigen Faktoren ähneln denen für die Zucht menschlicher Organoide. Der größte Unterschied besteht in der erforderlichen Temperatur“, sagt Co-Autor Jens Puschhof. Weil Schlangen wechselwarme Tiere sind, entwickelten sich die Schlangenorganoide besser bei 32 Grad Celsius anstatt bei 37 Grad. „Die Organoide der Giftdrüsen wuchsen schließlich so schnell, dass wir sie nach nur einer Woche trennen und in weitere Kulturgefäße übertragen konnten. Innerhalb von zwei Monaten konnten wir so Hunderte von Einheiten erzeugen“, sagt Clevers.

Potenzial für die Medizin

Mikroskopische Untersuchungen dieser Gebilde zeigten dann: Die Zellen der Organoide sind mit dichten Strukturen gefüllt. Diese ähneln stark den Vesikeln, die das Gift in der Giftdrüse sammeln, erklären die Wissenschaftler. Analysen bestätigten zudem, dass die Retorten-Drüsen tatsächlich Schlangengift produzieren: Die Neurotoxine aus den Organoiden unterbrechen die Signalübertragung zwischen Nervenzellen ebenso wie echtes Schlangengift, zeigten Untersuchungen. Zum ersten Mal war es durch die Organoide auch möglich, die Giftproduktion in einzelnen Zellen der Giftdrüse zu studieren. „Wir wissen von anderen sekretorischen Organen – wie zum Beispiel der Bauchspeicheldrüse und dem Dünndarm – dass spezialisierte Zelltypen Untergruppen von Hormonen produzieren. Nun konnten wir zum ersten Mal nachweisen, dass dies auch auf Toxine aus Giftdrüsenzellen zutrifft“, erklärt Co-Autor Joep Beumer.

In den Ergebnissen steckt nun großes Potenzial, sagen die Forscher: So könnte das Gift aus den Organoiden sowohl zur Herstellung von Gegengiften als auch zur Entwicklung neuer Medikamente verwendet werden. Die Forscher haben bereits damit begonnen, diese Anwendungsmöglichkeiten ihrer Methode auszuloten. Die Erkenntnis, dass Reptiliengewebe als Organoide gezüchtet werden können, lässt zudem vermuten, dass dies auch bei interessanten Geweben anderer Tiere möglich ist, betonen die Wissenschaftler abschließend.

Quelle: Hubrecht Institute, Fachartikel: Cell: 10.1016/j.cell.2019.11.038

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