Von Genscheren bis Organoid-Kulturen
Von Genscheren bis Organoid-Kulturen

Welche Biotechnologien die Krebsforschung revolutionieren können

Neurologische Erkrankungen sind auf dem Vormasch und erfordern bessere Behandlungsmethoden. in der biomedizinischen Forschung wurden in den vergangenen Jahren einige Methoden entwickelt, die bei der Therapie von psychischen Erkrankungen helfen sollen. Allen voran: Organoide. Doch wirft die Forschung an menschlichen Organen aus Stammzellen viele ethische Fragen auf. 

Claudia Tschabuschnig

Die Biomedizin hat zuletzt einige revolutionäre Technologien hervorgebracht: die DNA-Sequenzierung (die Bestimmung der Nukleotid-Abfolge in einem DNA-Molekül, Anm.), die Entdeckung der IPS-Zelle (Induzierte pluripotente Stammzellen, Anm.) und die Entwicklung der Organoid Kulturen, resümiert der deutsche Molekularbiologe Jürgen Knoblich, Wissenschaftlicher Direktor des Institut für Molekulare Biotechnologie GmbH (IMBA), kürzlich bei den „Wiener Vorlesungen“.

Einige dieser bahnbrechenden Technologien wurden zum Teil in Wien entwickelt. So hat etwa die französische Forscherin Emmanuele Charpentier die Grundzüge ihrer Arbeit zur Genschere CRISPR/Cas9 („medinlive“-Interview mit MIterfinder Krzysztof Chylinski, Anm.) am Vienna BioCenter erstellt.

Durchbruch in Wien

Auch im Bereich der Stammzellen- und Organoid Forschung steht Wien an der Spitze der Forschung. Bei einem Organoid handelt es sich um Stammzellen, die durch die Reprogrammierung von Körperzellen entstehen. Die wenige Millimeter große Mikrostrukturen werden mit Methoden der Zellkultur artifiziell erzeugt. Sie können aus einer oder wenigen Gewebezellen, embryonalen Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen (IPS-Zellen) gezüchtet werden. An Organoiden können Genmutationen studiert, Krankheiten zugeordnet und die Wirkung von Medikamenten getestet werden. Pharmaunternehmen verwenden Organoide, die von bestimmten Tumoren stammen, um potenzielle Krebsmedikamente zu testen. 

Bereits 2009 gelang es dem niederländischen Molekulargenetiker Hans Cleverses (Universität Utrecht in den Niederlanden) gemeinsam mit seinem Postdoktoranten Toshiro Sato aus einer einzelnen Darm-Stammzelle ein Organoid herzustellen. Dafür wurden die Stammzellen durch eine Nährlösung angeregt eine dreidimensionale Organstruktur zu bilden. 

Möglich ist es auch Gehirnorganoide aus menschlichem Gehirngewebe herzustellen. Dies gelang Madeline Lancaster 2013, die im Labor von Knoblich am IMBA in Wien arbeitete. Lancaster züchtete die weltweit ersten zerebralen Organoide, erbsengroßen Mini-Hirne mit vielen der Strukturen und Zelltypen, die im sich entwickelnden Gehirn eines Embryos vorhanden sind.

Potenzial für Onkologie

Heute arbeiten weltweit mehr als 100 Labore mit zerebralen Organoiden, untersuchen wie sich das menschliche Gehirn bei Krankheit und Gesundheit entwickelt und testen die Wirkung von Medikamenten auf das Gehirn. Im August gründeten Knoblich und Lancaster gemeinsam das Unternehmen a:head zur Vermarktung von Gehirnorganoiden. „Jetzt können wir dieses System für die Entwicklung neuer Therapeutika für das zentrale Nervensystem nutzen“, sagt Knoblich kürzlich gegenüber der „Financial Times“. Eine der wichtigsten klinischen Anwendungen dieser Organoide ist die Onkologie. „Karzinome aus Epithelgewebe machen 90 Prozent aller Krebserkrankungen bei Erwachsenen aus“, sagte er. 

Doch wirft die Forschung an Organoiden viele ethische Fragen auf. Wie etwa: „Wann hat ein Organoid ein Bewusstsein, wann empfindet es Schmerz?“ Fragen, die in die Gesetzgebung einfließen sollen. In solchen Fragen berät Knoblich gemeinsam mit der deutschen Akademie der Wissenschaften die deutsche Bundesregierung. Zudem ist Knoblich Mitglied eines Kommitee der international society for stem cell research, in dem Regeln definiert werden, wie man mit Organoiden umgehen soll. „Da muss man sich im Klaren sein, dass es da nur einen Minimalkonsens geben wird“, so Knoblich. 

„Wissenschafter sind internationalen ethischen Grundsätzen ausgesetzt, natürlich ist es wichtig die kulturellen Wurzeln eines Landes nicht zu vernachlässigen, aber wir müssen uns darüber im Klaren sein, dass es andere Kulturkreise gibt, die dazu ein fundamental andere Meinung haben, wie etwa China und die USA. Themen wie CRISPRCas9 und GMOS (Gentechnisch veränderte Organismen, Anm.) lassen sich nur global lösen“, so der deutsche Molekularbiologe.

Plädoyer für Moratorium für Keimbahnveränderung

Gerade die jüngsten Experimente mit der Genschere CRISPR/Cas9, eine Technologie, mit der sich das menschliche Genom bearbeiten lässt, ließen Forscher weltweit aufhorchen und erzeugte Hoffnung für die Entwicklung einer neuen Form der Gentherapie. Für Aufsehen sorgten die Experimente des chinesischen Forschers He Jiankui, der vergangenes Jahr mit CRISPR/Cas9 die Gene von zwei Babys manipuliert und sie so vor Aids geschützt haben soll. Knoblich hält die Tests für „nicht vertretbar, weil wir letztendlich nicht die Sicherheit haben, was wir neben dem potenziellen Nutzen dem Kind an Schaden zufügen und die Frage ist dann: wer haftet im Schadensfall? Kann man die Eltern zur Verantwortung ziehen?“. Knoblich plädiert für ein Moratorium für die Keimbahnveränderung.

Die Manipulation von Genen lässt jedenfalls vielerlei Szenarien zu. So könnte man etwa bei der Invitro Fertilationen in der Präimplantationsdiagnostik SNIPS (bestimmte Stellen in der DNS, an denen sich unsere Genome unterscheiden, Anm.) bei den einzelnen Embryonen ansehen und diejenigen herausnehmen, denen man vorrausagen würde, dass sie die höchste Intelligenz besitzen. Man würde also 100 Eizellen der Mutter entnehmen, 100 Embyronen herstellen und den einen aussuchen, der das richtige Muster hat. Und nach 50 Jahren würde man merken, ob das funktioniert hat“, erklärt Knoblich. „Ich glaube nicht, dass es viel bringen würde Hunderte Embryonen zu erzeugen und einen auszuwählen, aber ich glaube schon, dass es Menschen gibt, die verrückt genug sind, so etwas zu machen.“

Implantierte Hirnzellen als Therapie für Parkinson

Im Augenblick laufen in New York und parallel dazu in Schwerden die ersten klinischen Studien für eine Zelltherapie für Parkinson. Die Experimente gehen auf einen schwedischen Wissenschafter namens Ericcson in den 90er Jahren zurück, der aus einem menschlichen Embyro Nervenzellen entnommen und in das Gehirn eines Parkinsonserkrankten implantiert hat. Dabei stellte er fest, dass sich die Krankheit verbessert hat.

„Aber man braucht 40 Embryonen, um diesen Patienten zu behandeln, das ist also völlig indiskutabel“, so Knoblich. Zunächst gab es Zweifel an der Therapie. Erst als ersten Patienten gestorben sind und man gemerkt hat, dass die Zellen sdie Funktion des Gehirns verbessert haben, hat man das Verfahren wieder aufgenommen. Und mittlerweile kann man aus embryonalen Zellen oder IPS Zellen dopaminergen Neuronen herstellen und in ein Gehirn implantieren. In Organoiden werden Nervenzellen jedenfalls viel reifer, als wenn man sie auf konventionelle Art auf Plastik kultiviert.

Bessere Behandlungsmethoden gegen psychische Erkrankungen sind jedenfalls dringend nötig. Es wird angenommen, dass in den kommenden Jahren knapp ein Viertel der Menschen in den USA an psychischen Krankheiten leiden werden, darunter Depressionen, Schizophrenie, Epilepsie, Demenz und Parkinson. Sollte die Therapie von Alzheimer oder Parkinson nicht verbessert werden, wird die Behandlung in den USA in 50 Jahren rund 40 Prozent des Staatshaushalts in Anspruch nehmen, prognostizieren Studien. Zudem können auch neue Krankheiten auftauchen.

Das Institut für Molekulare Biotechnologie GmbH (IMBA) ist ein Forschungsinstitut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, das Grundlagenforschung in den Bereichen der Molekularbiologie und Biomedizin betreibt.

„In zehn bis 20 Jahren wird jeder sein Genom selbst sequentieren können und es wird auch Routine im Krankenhaus“, prophezeit der deutsche Molekularbiologe Jürgen Knoblich. 
Organoid
Darmorganoide hergestellt aus dem Dünndarm von ApcMin/+ Mäusen, die eine Apc-Mutation tragen, die zur spontanen Entwicklung von Darmtumoren führt.
Abhimanu.pandey
 
© medinlive | 05.02.2023 | Link: https://www.medinlive.at/welche-biotechnologien-die-krebsforschung-revolutionieren-koennen