Organoide helfen beim Verständnis von Erkrankungen der Cornea
US-Forschern ist es gelungen, aus induzierten pluripotenten Stammzellen Hornhautorganoide zu züchten, die als 3D-Modell zur Untersuchung von Erkrankungen der Cornea und der Interaktion verschiedener Zelltypen dienen könnten.
Die in der Fachzeitschrift PNAS Nexus veröffentlichten Ergebnisse einer Studie von Forschern der NYU Langone Health versprechen, das Verständnis der molekularen Vorgänge bei der Entwicklung der menschlichen Hornhaut im Embryonalstadium zu verbessern. Und sie könnten die Entwicklung besserer Therapien für Hornhauterkrankungen vorantreiben. In Zukunft könnten diese Organoide Zellen für Zelltherapien von Hornhauterkrankungen produzieren. Schätzungen zufolge benötigen weltweit mehr als 12 Millionen Menschen eine Hornhauttransplantation. Doch es sind viel zu wenig Spenderhornhäute vorhanden. Das treibt die Forschung im Bereich zellbasierter regenerativer Therapien voran.
In einem flüssigen Nährmedium, das den induzierten pluripotenten Stammzellen die Möglichkeit bietet, räumlich zu wachsen, entwickelte das Forscherteam seine neuartigen Hornhautorganoide. Sie bestehen aus verschiedenen Zelltypen, die sich in drei Dimensionen organisieren. Dabei ahmen sie die Struktur und Funktion des Hornhautgewebes besser nach als ältere Modelle.
Organoide gleichen im Mutterleib heranreifenden Hornhäuten
Das Team der NYU Langone verwendete die Methode der Einzelzell-RNA-Sequenzierung, um die zellspezifischen Gene zu bestimmen, die in den Hornhautorganoiden sowie in drei Spenderhornhäuten von Erwachsenen aktiviert wurden. Die Sequenzierung zeigt das Vorhandensein von Epithelzellen, Keratozyten und Endothelzellen in den Spenderhornhäuten und den Organoiden, wobei letztere eine größere Ähnlichkeit mit sich entwickelnden als mit erwachsenen Hornhäuten aufwiesen.
UMAP shows seven major cell types: epithelium (Epi); stroma, corneal endothelium (Endo), immune cells (immune), melanocytes, myofibroblast (MyoFb), and neural cells in the human cornea (left) and organoid (right). Bild: PNAS Nexus
„Unsere Studie ist die erste, die menschliche Hornhautorganoide mit einer Einzelzellauflösung untersucht“, so der Korrespondenzautor der Studie, Shukti Chakravarti, PhD, Professor in den Abteilungen für Augenheilkunde und Pathologie an der NYU Grossman School of Medicine. „Durch das Lesen des genetischen Codes, der von den aktiven Genen in diesem Modell gebildet wird, haben wir festgestellt, dass sich unsere Organoide wie Hornhäute verhalten, die im Mutterleib heranreifen.“
„Diese Organoide bieten die Möglichkeit, die Genexpression während der Entwicklung zu untersuchen“, so Dr. Chakravarti. „Mit ihren 3D-Strukturen und den koexistierenden Zelltypen ermöglichen sie die Untersuchung der zellulären Signalübertragung und den Zell-Interaktionen in einer natürlicheren Umgebung.“
Neben dem Verständnis der Entwicklung der menschlichen Hornhaut werden die Organoide das Screening potenzieller Therapien für genetische Krankheiten ermöglichen – und das zu geringeren Kosten als herkömmliche Studien, die mit Mausmodellen arbeiten.
Quelle: NYU Langone Health
Mehr Informationen: Single cell RNA-seq of human cornea organoids identifies cell fates of a developing immature cornea