Noch kleiner als Organoide sind Organosphären. Sie eignen sich als Patienten-Avatare für Studien mit Virusinfektion und Wirkstoffscreenings. Wie das funktioniert, lest ihr hier.
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Xiling Shen, Chief Scientific Officer und Professor am Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI), hat neue Maßstäbe bei der Entwicklung von Patientenmodellen gesetzt. Sie haben verbesserte Methoden zur Erzeugung von Mikro-Organosphären (MOS) entwickelt und gezeigt, dass diese MOS für eine Vielzahl von klinischen Anwendungen geeignet sind.
Wie in einer kürzlich erschienenen Veröffentlichung in Stem Cell Reports dokumentiert, können ihre MOS als Patienten-Avatare für Studien mit direkter Virusinfektion, Immunzellpenetration und therapeutischem Wirkstoffscreening im Hochdurchsatzverfahren verwendet werden, was mit herkömmlichen Patientenmodellen nicht möglich ist.
Das Team von Dr. Shen hat eine mikrofluidische Emulsionstechnologie zur Herstellung von MOS entwickelt, winzige, nanolitergroße Basalmembran-Tröpfchen, die aus Gewebezellmischungen bestehen und mit einem automatisierten Gerät schnell erzeugt werden können. Nach der Herstellung der Tröpfchen wird überschüssiges Öl durch ein innovatives Membran-Demulgierungsverfahren entfernt, sodass Tausende von zähflüssigen, gleichmäßig großen Tröpfchen zurückbleiben, die winzige 3D-Gewebestrukturen enthalten.
Das Team demonstrierte die einzigartigen Fähigkeiten und Eigenschaften von MOS in mehreren erstmaligen Experimenten. Sie konnten zeigen, dass die MOS aus einer Vielzahl unterschiedlicher Gewebequellen hergestellt werden können und dass die resultierenden MOS die histopathologische Morphologie, die Fähigkeit zur Differenzierung und genetischen Expression sowie die Fähigkeit zum Einfrieren und Subkultivieren – wie bei herkömmlichen Organoiden – beibehalten.
Es wurden Experimente durchgeführt, um die Fähigkeit zu testen, MOS mit Viren zu infizieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Organoiden können MOS direkt mit Viren infiziert werden, ohne dass die Zellen aus dem sie umgebenden BME-Gerüst entfernt und suspendiert werden müssen, wodurch der Prozess der Virusinfektion des Wirtsgewebes rekonstruiert wird. Das Team von Dr. Shen konnte einen MOS-Atlas menschlicher Atemwegs- und Verdauungsgewebe aus Autopsien von Patienten erstellen und diese mit SARS-COV-2 infizieren, gefolgt von einem Wirkstoffscreening zur Identifizierung von Medikamenten, die die Virusinfektion und -vermehrung in diesen Geweben blockieren.
MOS bieten auch eine einzigartige Plattform für die Untersuchung und Entwicklung von Immunzelltherapien. Innerhalb der natürlichen Diffusionsgrenze von vaskularisiertem Gewebe erlauben aus Tumoren gewonnene MOS ein ausreichendes Eindringen von therapeutischen T-Zellen des Immunsystems, wie z. B. CAR-T, was einen neuartigen T-Zell-Potenztest zur Bewertung der Tumorabtötung durch die manipulierten T-Zellen ermöglicht. Ein solches Modell wäre für die Untersuchung der Tumorempfindlichkeit und die Entwicklung von Antitumor-Immunzelltherapien sehr nützlich.
MOS könnte darüber hinaus mit Deep-Learning-Bildgebungsanalysen für schnelle Medikamententests von kleinen und heterogenen klinischen Tumorbiopsien integriert werden. Darüber hinaus war der Algorithmus in der Lage, zwischen zytotoxischen und zytostatischen Wirkungen von Arzneimitteln und arzneimittelresistenten Klonen zu unterscheiden, die zu einem späteren Rückfall führen. Diese bahnbrechende Fähigkeit wird den Weg für den Einsatz von MOS in der Klinik ebnen, um therapeutische Entscheidungen zu treffen.
„Dr. Shen und sein Team arbeiten weiter an der Verfeinerung und Verbesserung der MOS-Technologie und heben ihre Vielseitigkeit hervor, nicht nur als physiologisches Modell für das Screening potenzieller personalisierter Behandlungen, sondern auch für Krankheitsstudien und eine Vielzahl anderer Anwendungen“, so Ali Khademhosseini, Direktor und CEO des TIBI. „Es sieht so aus, als sei dies die Welle der Zukunft für die Präzisionsmedizin.“
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung des Terasaki Institute for Biomedical Innovation. Die Originalpublikation haben wir euch hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: David Clode, unsplash
