Forscher züchten kleine Lungen für die SARS-CoV-2-Forschung

Um die Details der Infektion mit dem neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2 unter möglichst natürlichen Bedingungen erforschen zu können, lässt ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) menschliche Lungen-Organoide aus Stammzellen wachsen.

Diese Technik ermöglicht es auch, Tests mit verschiedenen Wirkstoffen im Hochdurchsatzverfahren durchzuführen. Das Projekt „Analyse von SARS-CoV-2 infizierten humanen Lungen-Organoiden“, kurz Organsars, unter Leitung von PD Dr. Thorsten Müller und Prof. Stefanie Pfänder, wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ab 1. Juni 2020 für anderthalb Jahre gefördert.

Komplexe Interaktionen verschiedener Zelltypen untersuchen

Organoide wachsen aus induzierten pluripotenten Stammzellen ähnlich einem Embryo heran. Sie haben gegenüber bisher genutzten Tiermodellen und Zellkulturen, die auf menschlichem Lungengewebe aus Biopsien basieren, mehrere Vorteile: Sie leiten sich von menschlichen Zellen ab, lassen sich in großen Mengen herstellen und haben alle denselben genetischen Hintergrund. „Unterschiede aufgrund verschiedener Spender fallen daher weg“, erläutert Müller, Leiter der Arbeitsgruppe Cell Signalling in der Abteilung für Molekulare Biochemie der RUB und Gruppenleiter am Institut für Psychiatrische Phänomik und Genomik der Universitätsklinik der Ludwig-Maximilians-Universität München. Somit sind die Organoide ein verlässliches 3-D-Modell, das es auch ermöglicht, komplexe Interaktionen zwischen verschiedenen Zelltypen des Lungengewebes zu untersuchen. „Im Projekt ist es unser Ziel, dieses Modell in Richtung eines Hochdurchsatzverfahrens mit geringer Variabilität weiterzuentwickeln, um SARS-CoV-2-Infektionen zu untersuchen“, so Müller. Das Team interessiert sich dabei sowohl für die Vermehrung der Viren als auch für die Entstehung der Erkrankung COVID-19, die Entzündungsmechanismen und die Ausschüttung von Immunbotenstoffen im Lungengewebe.

Viren leuchten grün unter dem Mikroskop

Darüber hinaus wird das Team analysieren, wie die Infektionsraten sich unter Anwendung antiviraler Substanzen wie Remdesivir, Camostat und Chloroquine verhalten. Auch eine Bibliothek neuer Substanzen soll getestet werden. „Für diese Experimente werden wir ein Reporter-SARS-CoV-2-Virus verwenden, in dessen Genom eine Sequenz für das grün fluoreszierende Protein integriert wurde“, erklärt Pfänder von der Abteilung für Molekulare und Medizinische Virologie der RUB. Sie war kürzlich an der Herstellung des ersten molekularen SARS-CoV-2-Klons beteiligt. Mit diesem System ist es erstmals möglich, das Genom des Virus zu manipulieren und Reportergene einzubauen. „Mittels hochauflösender Mikroskopie werden wir die Interaktionen zwischen Virus und Organoid und die Mechanismen der Infektion untersuchen“, so Pfänder. Dadurch hoffen die Forscher, einen geeigneten antiviralen Wirkstoffe finden zu können.