Forschende züchten mitwachsende und voll funktionsfähige Speiseröhre

Britische Wissenschaftler haben die erste im Labor gezüchtete Speiseröhre entwickelt, die nachweislich die normale Funktion – einschließlich des Schluckvorgangs – bei einem wachsenden Tier wiederherstellen kann, ohne dass eine Immunsuppression erforderlich ist.

Nachdem frühere Arbeiten bereits Teilerfolge erzielen konnten, zeigt die in „Nature Biotechnology“ veröffentlichte Studie den Forschenden zufolge nun erstmals, dass eine Speiseröhre eines Spenderschweins dezellularisiert, mit den Zellen des Empfängerschweins besiedelt und in ein wachsendes Großtiermodell implantiert werden kann, um die Funktion wiederherzustellen. Die acht Empfängertiere erholten sich gut, entwickelten funktionierende Schluckmuskeln, um Nahrung in Richtung Magen zu befördern, und das künstlich hergestellte Gewebe integrierte sich innerhalb von drei Monaten vollständig. Eine Immunsuppression war nicht erforderlich, da das Implantat unter Verwendung von Zellen des Empfängers entwickelt wurde und das Gewebe mit den Tieren wuchs.

Die Forschenden hoffen, auf Basis der Studienergebnisse Kindern, die mit einer langstreckigen Ösophagusatresie (LGOA) geboren werden, künftig besser helfen zu können.

Eine personalisierte, regenerative Lösung

Der erste Schritt dieser neuen Technologie besteht darin, ein Gerüst zu schaffen, das als röhrenförmige Basis für das neue Organ dient. Wissenschaftler verwenden die Speiseröhre eines Spenderschweins, die der menschlichen sehr ähnlich ist. Durch einen als Dezellularisierung bezeichneten Prozess werden dem Spendergewebe sorgfältig alle Schweinezellen entzogen, während die darunterliegende Stützstruktur intakt bleibt.

Anschließend wurde das Gerüst mit Muskelzellen eines Empfängerschweins besiedelt, die aus einer kleinen Biopsie entnommen wurden. Diese Zellen werden im Labor vermehrt und dann direkt in das Gerüst injiziert. Das Transplantat wurde dann in einen Bioreaktor gegeben, der das Gewebe eine Woche lang mit lebenswichtigen Wachstumsflüssigkeiten versorgte. Während dieser Zeit setzten sich die Zellen fest, breiteten sich aus und passten sich an ihre neue „Heimat“ an. Insgesamt dauerte dieser Prozess zwei Monate, ein Zeitrahmen, der mit der derzeitigen Standardbehandlung von LGOA vereinbar ist.

Alle acht Tiere überlebten die kritischen ersten 30 Tage nach der Transplantation. Nach sechs Monaten hatten die im Labor gezüchteten Transplantate funktionelle Muskeln, Nerven und Blutgefäße entwickelt. Dadurch konnte sich die transplantierte Speiseröhre zusammenziehen und Nahrung wie eine natürliche Speiseröhre weiterbefördern. Die transplantierten Tiere konnten normal fressen und wuchsen in gesundem Tempo. Zwar entwickelten einige Tiere Strikturen, diese konnten jedoch erfolgreich endoskopisch behandelt werden, was der routinemäßigen klinischen Praxis beim Menschen entspricht. 

Hoffnung für Kinder mit Ösophagusatresie

Neben der Entwicklung eines Speiseröhrentransplantats gelang dem Forschungsteam auch, mithilfe räumlicher Transkriptomik die Gene in der Struktur des implantierten Gewebes zu kartieren. So konnten sie zeigen, dass die im neuen Ösophagus aktivierten Gene mit dem Ablauf übereinstimmten, den man bei „natürlichem“ Gewebe erwarten würde. Es kam zudem zu einer fortschreitenden Regeneration normaler Ösophagusstrukturen, einschließlich einer Barriereschicht, Muskeln, Nerven und Blutgefäßen, die für einen funktionierenden Ösophagus erforderlich sind. Es zeigte sich, dass sich die künstlich hergestellte Speiseröhre zusammenzog und dabei Bewegungen und Druck mit ausreichender Kraft und Koordination erzeugte, um ein normales Schlucken zu ermöglichen.

Wenn diese Technologie für den Einsatz am Menschen angepasst wird, könnten Gerüste unterschiedlicher Größe, die von Spenderschweinen stammen, gelagert und bei Bedarf für Neugeborene oder Kinder unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Alters entwickelt und personalisiert werden. Biopsiezellen könnten dem Kind bei der Platzierung der Ernährungssonde entnommen und genau wie in dieser Studie beschrieben in das Gerüst eingebaut werden – wodurch ein personalisiertes Transplantat entstehen könnte, das mit dem Kind mitwächst und keine Immunsuppressiva erfordert. (ej/BIERMANN)