Die Auflösung

Weniger ist mehr – vor allem, wenn neue Methoden Tierversuche ersetzen können. Das Foto zeigt ein Organoid, einen Zellverband, der den Aufbau von Organen imitiert. In der Arzneimittelforschung dienen Organoide dazu, neue Wirkstoffe und Therapien zu entwickeln und ihre Verträglichkeit zu testen.

Das Bild zeigt ein Leber-Organoid, das aus menschlichen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) entstanden ist. iPS-Zellen sind Körperzellen, die im Labor in einen stammzellähnlichen Zustand zurückversetzt wurden. Sie können sich in fast jede Zellart verwandeln. Für ihr Wachstum benötigen die Zellen ein Gerüst – eine Gelstruktur, die das natürliche Zellumfeld nachbildet und die Entwicklung unterstützt. Um das Organoid darzustellen, wurde es aus dem Gel entnommen, eingefroren, in dünne Schichten geschnitten (Kryosektion), mit speziellen Farbstoffen markiert (Immunfärbung) und anschließend mit einem Konfokalmikroskop fotografiert. Die weiße Balkenlinie in der Abbildung zeigt die Referenzgröße von 100 Mikrometern (µm) an; 1 µm entspricht einem Millionstel Meter oder einem Tausendstel Millimeter.

Als Gerüst für iPS-Zellen dient meist ein Gel tierischen Ursprungs. Doch die Chemiker Lasse Riediger und der promovierte Biologe Yi-An Yang entwickeln eine Alternative: ein biokompatibles, synthetisches Gerüst, das in der Arbeitsgruppe von Chemieprofessor Rainer Haag entstanden ist. Tierische Inhaltsstoffe haben einen entscheidenden Nachteil: Ihre Qualität und Zusammensetzung schwanken stark – ein Problem für wissenschaftliche Experimente. „Unser Produkt ist klar definiert, zeigt kaum Schwankungen und eignet sich für viele Anwendungen“, erklärt Lasse Riediger. Das synthetische Gerüst, genannt StemGel, ist bereits patentiert. Nun will das Team potenzielle Kunden gewinnen, etwa Forschungsabteilungen von Pharmaunternehmen, die neue Wirkstoffe an Organoiden testen. Lasse Riediger ist optimistisch: „Unsere Lösung arbeitet zuverlässig, spart Zeit und Geld und hilft, Tierversuche zu reduzieren oder zu ersetzen.

Die Methode

Bei der Verwendung von StemGel ermöglicht ein Thermoschalter zwischen 25 °C und 37 °C eine reversible physikalische Gelierung und bietet damit einen sanften externen Auslöser für die Zellernte. Es werden keine Enzyme, pH-Veränderungen oder Chemikalien benötigt. Da es sich bei StemGel um eine synthetische ECM handelt, können die mechanischen Eigenschaften des Hydrogels präzise eingestellt werden.

„Das synthetische Hydrogel-Gerüst, das eine präzise Steuerung der biochemischen und mechanischen Eigenschaften der Mikroumgebung ermöglicht, ist für die 3D-Zellkultivierung äußerst wertvoll“, sagt Yi-An Yang. „Es hat auch die Entwicklung von 3R-Prinzip-konformen Tests für die In-vitro-Gewebezüchtung und Krankheitsmodellierung erheblich vorangetrieben.“