Durchbruch in der molekularen Technik verbessert realistische Organoidbildung durch präzise Steuerung von Wachstumsfaktoren

BerlinEine neue Technik in der Molekularbiologie ermöglicht die Schaffung realistischer Organoidgewebe. Forscher nutzen Mikroperlen aus speziell gefaltetem DNA-Material, um das Freisetzen von Wachstumsfaktoren und Signalmolekülen im Gewebe zu steuern. Diese Methode fördert die Entwicklung fortschrittlicherer Organoide, die in Struktur und zellulärer Zusammensetzung echtem Gewebe sehr ähnlich sind.

Die neue Methode beinhaltet das Injizieren von DNA-Mikroperlen in wachsende Organoide. Diese Perlen tragen Proteine oder andere Moleküle, die durch UV-Licht freigesetzt werden können. Auf diese Weise kann der Zeitpunkt und Ort wichtiger Entwicklungssignale im Gewebe präzise kontrolliert werden. Das Team, bestehend aus Biologen, Ärzten, Physikern und Materialwissenschaftlern, zeigte, dass diese Technik an Netzhaut-Organoiden des japanischen Reisfischs Medaka funktioniert.

Schlüsselfunktionen der Methode umfassen:

• Präzise Steuerung der Freisetzung von Wachstumsfaktoren und Signalmolekülen.
• Gezielte Bereitstellung innerhalb des sich entwickelnden Gewebes.
• Genauere Nachbildung der natürlichen Zellzusammensetzung.
• Flexibilität beim Transport verschiedener Signalstofftypen.

Früher war es unmöglich, solch hohe Kontrollniveaus zu erreichen. Forscher mussten Wachstumsfaktoren von außen hinzufügen, was oft unerwünschte Effekte verursachte und die Organoide einfacher machte als gewünscht. Die neue Methode ermöglicht die gezielte Freisetzung von Wachstumsfaktoren in bestimmten Bereichen, was zu realistischeren Gewebemodellen führt. Dies bietet verbesserte Modelle zum Studium menschlicher Krankheiten und Entwicklungen.

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Wissenschaftler nutzten DNA-Mikroperlen, um Wnt-Signalmoleküle direkt zu retinalen Pigmentepithelzellen neben dem neuronalen Netzhautgewebe zu transportieren. Herkömmliche Methoden, die Wnt in Kulturmedien verwenden, führten zu Problemen bei der neuronalen Netzhautentwicklung. Die gezielte Freisetzung der Mikroperlen ermöglichte eine präzisere Zellanordnung, die der natürlichen Struktur des Fischauges ähnelte.

Diese Methode ermöglicht die Schaffung komplexerer und besser organisierter Organoide. Durch diese fortschrittlichen Organoid-Modelle wird die Erforschung menschlicher Entwicklung und Krankheiten beschleunigt, was die Medikamententests erleichtert. Die Möglichkeit, verschiedene Signalmoleküle zu verwenden, macht diese Methode für viele Gewebetypen nützlich.

Diese Methode könnte weitreichende Auswirkungen nicht nur auf die Grundlagenforschung haben. Sie könnte revolutionieren, wie wir neue Medikamente entdecken und personalisierte medizinische Behandlungen entwickeln, indem sie verbesserte menschliche Gewebemodelle schafft. Wissenschaftler sehen ihr Potenzial in Bereichen wie Toxikologie, Pathologie und regenerativer Medizin, wo präzise Gewebemodelle von großer Bedeutung sind.

Gefördert durch den Europäischen Forschungsrat und die Deutsche Forschungsgemeinschaft, stammt diese bedeutende Forschung aus dem Projekt „3D Matter Made to Order“. Sie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Universität Heidelberg und dem Max-Planck-Institut für medizinische Forschung. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht und stellen einen bedeutenden Fortschritt in der molekularen und synthetischen Biologie dar.