Künstliches Brustgewebe soll Prozesse der Milchbildung besser aufzeigen

Forschende der ETH Zürich, Schweiz, haben ein menschliches Modell von milchbildendem Brustgewebe entwickelt. Das Modell soll helfen, die Prozesse der Milchbildung besser zu verstehen.

Bis heute weiß man nur wenig darüber, wie Milch in der Brust überhaupt entsteht. ETH-Forschende um Marcy Zenobi-Wong, Professorin für Gewebetechnologie und Biofabrikation, wollten das ändern: Im Labor haben sie winzige Nachbildungen von milchbildendem Brustgewebe entwickelt. Dafür haben sie Zellen aus menschlicher Muttermilch isoliert, die dort auf natürliche Weise vorkommen. Einige der Zellen des milchbildenden Brustgewebes und die Laktozyten werden nämlich während der Laktation in die Muttermilch abgegeben.

Gedruckt mit Licht und aus echtem Gewebe

Im Zentrum des Projektes steht ein neuartiges Gewebemodell, das die Forschenden mit einem Licht-Druckverfahren hergestellt haben: Beim volumetrischen Bioprinting wird eine Flüssigkeit von mehreren Seiten mit Laserlicht bestrahlt. Die Flüssigkeit härtet genau an den Stellen aus, an denen sich das Licht bündelt. So entstehen in Sekunden kleine Hohlräume, die echten Milchgängen und -alveoli ähneln, wo in der Brust die Milch entsteht. Das verwendete Material stammt aus Eutergewebe von Kühen und enthält ähnliche Bestandteile wie menschliches Brustgewebe.

Diese Mini-Milchgänge haben die Forschenden mit Zellen besiedelt, die sie direkt aus menschlicher Muttermilch gewonnen hatten. Diese Milchepithelzellen bildeten an der Innenwand der Milchgänge eine dichte Zellschicht. Wie die Forschenden nachweisen konnten, entstand damit ein funktionelles Gewebe: Die Zellen begannen, typische Milchbestandteile wie β-Casein und Milchfettkügelchen zu produzieren. „Ich musste einige Versuche unternehmen, um herauszufinden, wie wir die Zellen am besten zum Wachsen bringen. Viele meiner Kolleginnen und Kollegen waren überrascht, dass Milkepithelzellen überhaupt wachsen konnten“, erzählt Amelia Hasenauer, Erstautorin der Studie, die in der Fachzeitschrift „Science Advances“ erschien.

Keine künstliche Milch

Trotz eindrücklicher Resultate betonen die beiden Forscherinnen, dass sie noch keine Muttermilch produzieren: „Wir haben erste Bestandteile nachgewiesen, aber Milch besteht aus Hunderten Komponenten, darunter auch komplexe Zuckerarten, Proteine, Fette, Immunzellen und lebende Mikroorganismen“, erklärt Zenobi-Wong. Hasenauer ergänzt: „Unsere Zellkulturmodell soll vor allem helfen, die Bildung von Muttermilch besser zu verstehen. Ich kenne mittlerweile viele Frauen, die Schwierigkeiten beim Stillen hatten. Unser Modell könnte eines Tages helfen, Antworten zu finden.“

Das Modell sei ein wichtiger Schritt für die Forschung. Es erlaube erstmals, milchbildende Zellen unter kontrollierten Bedingungen im Labor zu beobachten und gezielt zu beeinflussen. Das eröffne eine Vielzahl von Perspektiven, so die Forscher. Neben der Laktationsforschung könne beispielsweise untersucht werden, welche Auswirkung Medikamente und Chemikalien auf die Milchbildung haben und Modelle von Brustkrebs. „Als Nächstes wollen wir die Milchproduktion im Modell steigern – das lässt sich über den 3D-Druck steuern“, kommentiert Zenobi-Wong.

Mehr Sichtbarkeit für Aspekte weiblicher Biologie

Die Arbeit aus der Forschungsgruppe von Zenobi-Wong sei außerdem ein Beispiel dafür, wie wenig manche Prozesse im weiblichen Körper bislang wissenschaftlich untersucht wurden. Das könnte sich mit Modellen wie dem neuen Brustgewebedruck ändern. Denn anders als viele andere biomedizinische Studien basiert diese Forschung nicht auf invasiven Eingriffen oder Tierversuchen, sondern auf Zellen, die auf natürliche Weise in Muttermilch vorkommen.