Elektrische Impulse lassen Organoide besser reifen

Eine Stimulation mit elektrischen Impulsen fördert die Reifung menschlicher neuromuskulärer Organoide. Das berichten Forschende um Mina Gouti in der Fachzeitschrift ​„Advanced Science“. Anhand der Modelle untersuchen sie, wie neuromuskuläre Gewebe entstehen und später im Leben erkranken können.

 

Organoide bilden die dreidimensionale Struktur von menschlichem Gewebe besonders originalgetreu nach. Daher dienen sie Wissenschaftler*innen als leistungsfähige Modelle, um menschliche Erkrankungen zu erforschen. Allerdings reifen sie in Kultur bisher meist nicht vollständig heran. Krankheiten, die erst im Erwachsenenalter auftreten, zum BeispielAmyotrophe Lateralsklerose (ALS) oder andere Muskeldystrophien, konnte man anhand der Modelle deshalb bis jetzt nur schwer untersuchen. 

Forschende um Professorin Mina Gouti, Leiterin der Arbeitsgruppe ​„Stammzell-Modellierung der Entwicklung und Erkrankung“ am Max Delbrück Center, haben jetzt eine schonende, nicht-invasive Methode entwickelt, um menschliche neuromuskuläre Organoide mithilfe elektrischer Impulsstimulation (EPS) heranreifen zu lassen. Ihre Technik stellen sie in der Fachzeitschrift ​„Advanced Science“ vor. Erstautorin der Studie ist Dr. Chrysanthi-Maria Moysidou, Postdoc und Marie-Skłodowska-Curie-Stipendiatin in Goutis Team. 

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass bioelektrische Signale die Reifung von Organoiden maßgeblich steuern und eine einfache, nicht-invasive Strategie bieten, um physiologisch relevantere menschliche Organoide für die Krankheitsmodellierung und die regenerative Medizin zu erzeugen“, sagt Moysidou.

 

Entscheidend ist der richtige Zeitpunkt der Stimulation: Nur in einer ganz bestimmten Phase der neuromuskulären Entwicklung regt niederfrequente EPS die vollständige Reifung der Organoide an. Die so behandelten Modellehatten komplexere neuronale Netzwerke, kräftigere Muskelfasern und zeigten stärkere Muskelkontraktionen – Merkmale, die für reiferes Gewebe charakteristisch sind.

Zudem stellten die Forschenden fest, dass die Dauer der Stimulation bedeutsam ist. ​„Eine längere Behandlung mit elektrischen Impulsen fördert die Reifung effektiver als eine kürzere“, erläutert Moysidou. Die Effekte der EPS auf die weitere Entwicklung der Organoide hielten über das Ende der Stimulation hinaus an, was den langfristigen Effekt der Methode belegt.

Auch für andere Organoide geeignet

Von seiner aktuellen Arbeit verspricht sich das Team Fortschritte bei der Erforschung neuromuskulärer Erkrankungen. ​„Wir gehen davon aus, dass die Vielseitigkeit dieses Ansatzes breitere Anwendungsmöglichkeiten eröffnen wird“, sagt Gouti. ​„Unsere Methode wird die morphologische und funktionelle Reifung verschiedener Organoid-Systeme, die als relevante Modelle für physiologische Prozesse und Krankheiten des Menschen dienen, erleichtern.“ 

Für ihre jetzige Proof-of-Principle-Studie nutzten die Forschenden Organoide mit zwei unterschiedlichen genetischen Ausstattungen. Im nächsten Schritt wollen sie ihren Ansatz an Organoiden mit einer größeren genetischen und geweblichen Vielfalt testen und mithilfe von Bioengineering leicht zu benutzende, für den Hochdurchsatz geeignete EPS-Plattformen entwickeln, um das Potenzial der Technologie voll auszuschöpfen. 

„Da sich die Organoid-Technologien ständig weiterentwickeln, werden Ansätze, die Entwicklungsbiologie, Bioengineering, quantitative Bildgebung und KI miteinander verbinden, unerlässlich sein“, fügt Gouti hinzu.„Nur interdisziplinär können wir immer aussagekräftigere Modelle menschlicher Gewebe entwickeln.“

Der European Research Council (ERC) und das Programm Horizon Europe’s Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) haben die Studie unterstützt.

Weitere Informationen

 

Kontakte

Dr. Chrysanthi-Maria Moysidou
AG ​„Stammzell-Modellierung der Entwicklung und Erkrankung“
Max Delbrück Center
chrysanthimoysidou@​gmail.​com

Prof. Dr. Mina Gouti
Leiterin der AG ​„Stammzell-Modellierung der Entwicklung und Erkrankung“ 
Max Delbrück Center
mina.​gouti@​mdc-​berlin.​de

Gunjan Sinha
Redakteurin, Kommunikation
Max Delbrück Center
+49 30 9406 – 2118
presse@​mdc-​berlin.​de

 

 

 

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