Organoide im Labor: Fetale Niere über mehrere Monate nachgebildet

Zum ersten Mal ist es Forschern aus Israel im Labor gelungen, menschliche Nieren-Organoide aus Gewebestammzellen zu züchten, die die Entwicklung menschlicher fetaler Nieren widerspiegeln.

Aus pluripotenten Stammzellen (PSC) gewonnene Nierenorganoide werden im Allgemeinen zur Modellierung der menschlichen Nierenentwicklung und von Nierenerkrankungen verwendet. Zugängliche Modelle der menschlichen fetalen Entwicklung zum Vergleich von PSC-abgeleiteten Organoiden sind jedoch noch unterentwickelt, erklären Autoren des Sheba Medical Center und der Universität Tel Aviv, beide Israel. Ziel ihrer aktuellen Studie war es daher, ein chemisch definiertes, serumfreies Protokoll für die verlängerte Kultur von aus menschlichen fetalen Nieren gewonnenen Organoiden (hFKOs) in vitro zu etablieren. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „The EMBO Journal“ veröffentlicht.

In ihrer Foschung organisierten sich hFKOs selbst zu polarisiertem Nierenepithel, initiierten neu aus NCAM1⁺-Vorläuferzellen und rekapitulierten nephrogene und ureterische Knospenlinien. Mittels Bulk-Transkriptomik, Einzelzell-RNA-Sequenzierung, Pseudozeitanalyse und Immunfärbung beobachteten die Forscher diverse Nierengewebezellpopulationen mit einem erhaltenen Pool epithelialer Vorläuferzellen und einer tubulären Differenzierungsachse. Anschließend reicherten sie hFKOs mit Notch-Signalgenen an. Das ermöglichte eine Einzelzellanalyse der pharmakologischen Notch-Hemmung.

Das Ergebnis war eine Reifungsblockade mit erhöhten Nephron-Vorläuferzellen und einer Verschiebung hin zu distalen statt frühen proximalen Tubulus-Schicksalen. Die Wissenschaftler haben außerdem einen neuen Prominin-1-exprimierenden Zellzustand identifiziert, der die Notch-Hemmung umgeht und sowohl proximale als auch distale Tubuli erzeugt.

Regenerative Medizin im Fokus

Laut den Autoren handelt es sich bei dieser Forschung um das reinste Nieren-Organoid, das je entwickelt wurde, ohne Kreuzkontamination durch die Entwicklung von Stammzellen. Frühere Modelle mit pluripotenten Stammzellen entwickelten aufgrund der instabilen Natur der Stammzellen andere Zellstrukturen. Das neue Organoid exprimiert ausschließlich Nierenzellen und ermöglicht so klare Ursache-Wirkungs-Experimente, so die Forscher. Das aktuelle Modell ist außerdem über ein halbes Jahr ausgereift und stabil. Frühere Nieren-Organoide, die die Entwicklung nachahmten, zerfielen innerhalb von vier Wochen, berichten sie weiter.

Das Fazit der Wissenschaftler lautet: „Insgesamt bieten hFKOs ein zuverlässiges Modell, um Einblicke in die Entwicklung der menschlichen Niere zu gewinnen und so die Stammzellbiologie und die regenerative Medizin voranzubringen.“

(ri/BIERMANN)