Laborsystem entwickelt 3D-Modelle von menschlichem Muskelgewebe Muskeln züchten für die Forschung

Anbieter zum Thema

Shimadzu Deutschland GmbH

SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

Gilson International BV Deutschland

Besser als Tierversuche: aus Patientenzellen gezüchtete Muskelorganoide erlauben es Forschern, individuelle Krankheitsverläufe nachzubilden und personalisierte Therapien zu testen. Ein neues Laborsystem am berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikum Bergmannsheil macht genau dies nun möglich und erleichtert die Diagnostik sowie Wirkstofftests bei seltenen neuromuskulären Erkrankungen.

Neuromuskuläre Erkrankungen sind äußerst vielfältig, sie können sich in Muskelschwäche, Schmerzen oder Lähmungen äußern. Bei vielen Krankheitsformen sind die Entstehungsprozesse nicht bekannt, wirksame Therapien gibt es oft nicht. Die neurologische Klinik und Poliklinik am Bergmannsheil mit dem angegliederten Heimer-Institut für Muskelforschung hat sich seit vielen Jahren auf die Erforschung dieser Krankheitsbilder spezialisiert. Ein neues Laborsystem hebt die Forschungsmöglichkeiten am Universitätsklinikum Bergmannsheil jetzt auf ein höheres Niveau.

„Dank der neuen Ausstattung können wir kleine Gewebestücke züchten, die in ihrer Struktur und Funktion menschlichem Muskelgewebe sehr stark ähneln“, erklärt Priv.-Doz. Dr. Felix Kleefeld, Oberarzt der Neurologischen Klinik. „Anders als einfache Zellkulturen, die zweidimensional sind, haben die modernen Muskelorganoide einen dreidimensionalen Aufbau und ähneln deshalb stärker der natürlichen Struktur.“

Allerdings ist die Züchtung solcher Organoide technisch anspruchsvoll. Zunächst werden mittels einer Gewebeprobe (Muskelbiopsie) Muskelstammzellen eines menschlichen Spenders bzw. von Patienten gewonnen. Diese werden im Labor vermehrt. Anschließend werden die Zellen dreidimensional in einer gelartigen Struktur zu etwa fünf Millimeter großen Minimuskeln differenziert, den Muskelorganoiden.

Bildergalerie

Medikamententests am Mini-Muskel

Die Besonderheit des neuen Systems ist, dass sich die Muskelorganoide zwischen zwei Stäbchen aufspannen und wie echte Muskeln Kraft aufbauen können. Diese Organoide können stimuliert werden, sodass sich das Gewebe zusammenzieht. Jeweils eines der Stäbchen eines Stäbchenpaares, zwischen denen sich das Gewebe spannt, ist magnetisch. Ein Sensor registriert selbst kleinste Bewegungen des Muskelorganoids. Aus den Messergebnissen dieser Bewegungen lassen sich sehr präzise Daten gewinnen, wie gut die künstlichen Muskeln arbeiten und wie sie auf Belastung, Medikamente oder genetische Veränderungen reagieren. Sie eignen sich sozusagen als Dummy-Muskeln für sichere klinische Medikamentenstudien.

3D-Zellkulturen

Merck und Promega kooperieren bei der Organoid-Forschung

Krankheitsprozesse an menschlichem Gewebe nachvollziehen

„Mit dieser Technologie können wir Krankheitsprozesse erstmals direkt an menschlichem Gewebe nachvollziehen“, Kleefeld. „Das eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten, innovative Therapien zu entwickeln und ihre Wirksamkeit präzise zu testen“, ergänzt der Oberartzt. Grundsätzlich unterstützt das System auch das Konzept der personalisierten Medizin. Denn die Nutzung von Organoiden aus patienteneigenen Stammzellen erlaubt es, individuelle Krankheitsverläufe nachzubilden und maßgeschneiderte Therapieansätze zu finden. Vor allem im Kontext seltener Erkrankungen spielt dieser Ansatz eine besondere Rolle.

Die Anschaffungskosten für das Laborsystem „Mantarray“ beliefen sich auf rund 200.000 Euro. Eingesetzt wird es im Forschungslabor des Heimer-Instituts für Muskelforschung an der Neurologischen Klinik des Bergmannsheils. „Die neue Ausstattung stärkt das Profil des Bergmannsheils als leistungsstarker Standort für innovative Muskelforschung mit überregionaler Strahlkraft“, betont Prof. Dr. Tobias Ruck, Direktor der Neurologischen Klinik am Bergmannsheil.