„Mini-Organe“, die mit Stammzellen aus dem Gewebe eines Patienten gezüchtet werden, könnten Kindern mit Darmversagen Hoffnung geben, so eine Studie.
Wissenschaftler des Francis Crick Institute, des Great Ormond Street Hospital (GOSH) und des UCL Great Ormond Street Institute of Child Health (ICH) haben menschliche Darmtransplantate mit Stammzellen aus Patientengewebe gezüchtet. Das Team hofft, dass die Erkenntnisse eines Tages zu personalisierten Transplantationen für Kinder mit Darmversagen führen könnten.
Dr. Vivian Li, leitende Autorin und Gruppenleiterin des Stem Cell and Cancer Biology Laboratory am Crick, sagte:„Es ist dringend erforderlich, dass wir neue Wege finden, um Kinder ohne funktionierenden Darm zu versorgen, da mit zunehmendem Alter Komplikationen durch parenterale [ intravenöse] Ernährung auftreten können.
„Wir haben einen Prozess entwickelt, um eine Darmschicht im Labor wachsen zu lassen, was uns einen Schritt näher bringt, um diesen Patienten eine Form der regenerativen Medizin anbieten zu können, die Materialien verwendet, die aus ihrem eigenen Gewebe hergestellt werden.
„Dies würde einige der Risiken reduzieren, denen Transplantationspatienten ausgesetzt sind, wie z. B. dass ihr Immunsystem das Transplantat angreift.“
Kinder mit Darmversagen können die für ihre allgemeine Gesundheit und Entwicklung wesentlichen Nährstoffe nicht aufnehmen, sagten Forscher.
Sie können zwar intravenös über einen als parenterale Ernährung bezeichneten Prozess ernährt werden, dies ist jedoch mit „schweren“ Komplikationen wie Linieninfektionen und Leberversagen verbunden, fügten sie hinzu.
Wenn Komplikationen auftreten oder die Kinder in schweren Fällen eine Transplantation benötigen, gibt es laut Forschern einen Mangel an geeigneten Spenderorganen und es können nach der Operation Probleme auftreten – wie z. B. die Abstoßung des Transplantats durch den Körper.
Die „Proof-of-Concept“-Studie, veröffentlicht in Nature Medicine am Montag zeigte, wie Darmstammzellen und Dünndarm- oder Dickdarmgewebe von Patienten verwendet werden können, um die innere Schicht des Dünndarms im Labor mit der Fähigkeit zu züchten, Peptide zu verdauen und zu absorbieren und Saccharose in der Nahrung zu verdauen.
Die Forscher entnahmen kleine Darmbiopsien von 12 Kindern, die entweder an Darmversagen litten oder bei denen das Risiko bestand, diese Erkrankung zu entwickeln. Im Labor stimulierten sie dann die Biopsiezellen dazu, zu „Mini-Eingeweiden“ zu wachsen, die auch als intestinale Organoide bekannt sind, und erzeugten im Laufe von vier Wochen über 10 Millionen intestinale Stammzellen von jedem Patienten.
Die Forscher sammelten auch Dünndarm- und Dickdarmgewebe, das von anderen Kindern weggeworfen worden wäre, die sich einer notwendigen Operation unterziehen mussten, um Teile ihres Darms zu entfernen.
Unter Verwendung von Labortechniken wurden Zellen aus diesen Geweben entfernt, wobei eine Skelettstruktur zurückblieb, die Gerüste bildete. Die Forscher platzierten die „Mini-Eingeweide“ auf diesen Gerüsten, wo sie auf dieser Struktur wuchsen, um ein lebendes Transplantat zu bilden.
Aufgrund spezifischer Kulturbedingungen veränderten sich die Stammzellen in viele der verschiedenen Zelltypen, die im Dünndarm vorkommen, und die Transplantate waren in der Lage, Peptide, die Bausteine von Proteinen, zu verdauen und zu absorbieren sowie Saccharose in Glukosezucker zu verdauen.
Die Autoren sagten, die Forschung sei der erste Schritt in den Bemühungen, alle Schichten des Darms für die Transplantation zu konstruieren, in der Hoffnung, dass im Labor gezüchtete Organe eine sichere und länger anhaltende Alternative zu herkömmlichen Spendertransplantationen bieten könnten.
Der leitende Autor Professor Paolo De Coppi, beratender Kinderchirurg bei GOSH, sagte, die Forschung sei ein „wichtiger Fortschritt in der regenerativen Medizin“.
Er fügte hinzu:„Obwohl sich diese Forschung derzeit im Labor befindet, konzentrieren wir uns darauf, dies zu einer realistischen und sicheren Behandlungsoption zu machen. Was hier von Bedeutung ist, ist, dass wir gezeigt haben, dass Gerüste mit Gewebe aus dem Dickdarm hergestellt werden können, nicht nur mit Gewebe aus dem Dünndarm.
„Dies ist ein wichtiger Fortschritt in der regenerativen Medizin und wir sind optimistisch, was dies für die Patienten bedeutet, aber es steht noch weitere Forschung bevor, bevor wir diesen Ansatz sicher und effektiv in die Behandlung umsetzen können.“
Die Forscher bewiesen nicht nur, dass Biopsien von Kindern verwendet werden könnten, um funktionierende Darmtransplantate zu züchten, sondern sagten auch, dass die Transplantate überleben und reifen können, wenn sie in Mäuse transplantiert werden. Die Forscher sagten, der nächste Schritt bestehe darin, mit dem Wachstum der anderen Darmschichten wie Muskeln und Blutgefäße zu beginnen.