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Biotechnologie Gastroenterologie Wissenschaft

Wirkstoff fördert Darmregeneration

Im letzten Jahrzehnt gab es einen Boom auf dem Gebiet der Organoide – Miniaturorgane, die aus Stammzellen in der Petrischale gezüchtet werden. Ein Schweizer Forschungsteam hat sich das Ziel gesetzt, die Darmregeneration zu verstehen, indem sie die funktionellen genetischen Interaktionen entschlüsseln, die diesen Prozess regulieren. Zu diesem Zweck richteten sie eine bildbasierte Plattform für die Hochdurchsatzanalyse ein. Hiermit erstellten sie Profile von über 400 000 Organoiden, die mit einer Reihe von Wirkstoffen behandelt wurden. Ziel war, zu beurteilen, welche Wirkstoffe die Organoide beeinflussen. Dann klassifizierten sie jedes Organoid nach seiner Erscheinungsform (Phänotyp) und erstellten für jeden der 3000 untersuchten Wirkstoffe einen einzigartigen „phänotypischen Fingerabdruck“.

Dieser Datensatz ermöglichte es den Forschenden, 230 Gene zu identifizieren, die an der Entwicklung von Organoiden beteiligt sind, sowie ihre funktionellen genetischen Interaktionen. Zu den Treffern des Screens gehörte ein Hemmstoff des sogenannten Retinsäure-Signalwegs, der die regenerativen Eigenschaften der Organoide förderte. Auch im Tierversuch mit Mäusen mit strahleninduzierten Darmschäden stellten die Wissenschaftler eine bessere Erholung der Tiere fest, wenn sie mit dem Wirkstoff behandelt wurden: Sie zeigten eine verbesserte Geweberegeneration und verringerten Gewichtsverlust.

Die Erkenntnisse könnten den Weg für neuartige Therapien ebnen, die die Regeneration und Erholung des Darmepithels nach einer akuten Schädigung fördern, zum Beispiel bei Krebspatienten, die eine Chemo- oder Strahlentherapie erhalten.

Referenzen:

Universität Basel, Friedrich Miescher Institut for Biomedical Research (FMI), Basel

Phenotypic landscape of intestinal organoid regeneration, Nature (2020), https://doi.org/10.1038/s41586-020-2776-9

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Biotechnologie Ophthalmologie Wissenschaft

Vollständige künstliche Netzhaut gezüchtet

Dem Forschungsteam unter Prof. Botond Roska, Universität Basel, ist es gelungen, Replikas menschlicher Retina zu züchten. Das Gewebe wird als Netzhaut-Organoid bezeichnet, da es dieselben Eigenschaften aufweist wie menschliche Netzhaut – einschliesslich der Krankheitsparameter von individuellen Patienten. Für die Züchtung der Mini-Organe benötigten die Forscher nur Haut oder Blutproben der Patienten.

Die Netzhaut-Organoide sind so besonders, weil sie wie die menschliche Netzhaut eine Schichtstruktur haben und auch auf Licht in gleicher Weise reagieren. Der detaillierte Vergleich der gezüchteten Netzhaut-Organoide mit Netzhaut von Multi-Organspendern bestätigt die starken Ähnlichkeiten. „Wir konnten zeigen, dass unsere kultivierten Organoide nach 38 Wochen viele derselben Zelltypen aufweisen, wie die Netzhaut eines erwachsenen Menschen,“ so Roska. „Wir waren die Ersten, die menschliche Netzhaut von Verstorbenen funktionsfähig und lichtempfindlich erhalten konnten.“ Das machte die Vergleiche überhaupt erst möglich.

Der grosse Wert der Netzhaut-Organoide gründet auf dem Beweis, dass gleiche Defekte in jeweils denselben Zelltypen zu denselben Netzhauterkrankungen in den Organoiden und in menschlicher Netzhaut führen. „Damit können Behandlungen entwickelt werden, die für diese Patienten massgeschneidert sind’, sagt Magdalena Renner, Erstautorin der Publikation und Leiterin der Human Organoid Platform am Institut für Molekulare und Klinische Ophthalmologie Basel. Die Erkenntnisse beschleunigen die Entwicklung neuer Therapien für Netzhauterkrankungen, die bisher zur Erblindung führen.

Referenzen:

Universität Basel https://www.unibas.ch/de/Aktuell/News/Uni-Research/Forschende-zuechten-menschliche-Netzhaut.html;

Cell Types of the Human Retina and Its Organoids at Single-Cell Resolution;
Cell (2020), https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.08.013

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Biotechnologie Infektiologie Virologie Wissenschaft

Biomaterial aus Spinnenseide verhindert Infektionen und fördert Heilung

Mit einem neuartigen Forschungsansatz haben Wissenschaftler der Universität Bayreuth aus biotechnologisch hergestellten Proteinen der Spinnenseide ein Material entwickelt, das krankheitserregende Mikroben darin hindert, sich an den Oberflächen anzulagern. Sogar multiresistente Staphylococcus aureus (MRSA) haben keine Chance, sich auf der Oberfläche des Materials einzunisten. Das nanostrukturierte Material verhindert nicht nur die Ansiedlung von Bakterien und Pilzen, sondern unterstützt auch gleichzeitig proaktiv die Regeneration von menschlichem Gewebe. Daher eignet sich das Material hervorragend für Implantate, Wundverbände, Prothesen, Kontaktlinsen und andere Hilfsmittel des Alltags. 

Im Unterschied zu anderen Materialien, die bislang zur Wiederherstellung von Gewebe eingesetzt werden, ist das Infektionsrisiko von vornherein gebannt. „Die mikrobenabweisenden Eigenschaften der von uns entwickelten Biomaterialien basieren nicht auf toxischen, also nicht auf zelltötenden Wirkungen. Entscheidend sind vielmehr Strukturen im Nanometerbereich, welche die Spinnenseidenoberflächen mikrobenabweisend machen. Krankheitserregern ist es dadurch unmöglich, sich auf diesen Oberflächen festzusetzen“, erklärt Prof. Dr. Thomas Scheibel.

„Faszinierend an diesen Forschungsergebnissen ist auch, dass sich die Natur wieder einmal als ideales Vorbild für extrem anspruchsvolle Materialkonzepte erwiesen hat. Natürliche Spinnenseide ist hochgradig resistent gegen den mikrobiellen Befall, und die Reproduktion dieser Eigenschaften auf biotechnologischem Weg sehe ich als bahnbrechend“, sagt Prof. Dr.-Ing. Gregor Lang, einer der beiden Erstautoren.

Universität Bayreuth: https://www.uni-bayreuth.de/de/universitaet/presse/pressemitteilungen/2020/117-mikrobenabweisende-biomaterialien/index.html

Originalpublikation: Engineered spider silk-based 2D and 3D materials prevent microbial infestation. Materials Today (2020), DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.mattod.2020.06.009

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Biotechnologie Diagnostik Genetik Onkologie Wissenschaft

Bluttest erkennt Krebs Jahre vor Diagnose

Ein internationales Forscherteam hat einen Bluttest entwickelt, mit dem bereits bis zu vier Jahre bevor eine Krebserkrankung mit aktuellen Methoden diagnostiziert werden kann, festgestellt werden kann, ob eine Person eine von fünf häufigen Krebsarten (Magen-, Speiseröhren-, Darm-, Lungen- oder Leberkrebs) hat. Der als PanSeer bezeichnete Test entdeckte Krebs in 88% der Proben von Personen, die bei der Probenentnahme noch asymptomatisch waren und die ihre Krebsdiagnose erst Jahre später erhielten.

Das Forscherteam rund um den Biotechnologen Kun Zhang von der University of California in San Diego nutzte dazu künstliche Intelligenz um im Blut nach krebstypischen Erbgutsequenzen und eigenetischen Markierungen (Methylierungsmuster) zu suchen. Analysiert wurden Daten, die im Rahmen einer großen chinesischen Langzeitstudie (Taizhou Longitudinal Study) verwendet wurden.

Die Forscher betonen auch, dass der Test noch nicht in der Lage ist, genau vorherzusagen, welche Patienten später an Krebs erkranken werden (die Spezifität des Tests betrug 96%, das heisst, vier Prozent der Proben waren falsch positiv.) Zum derzeitigen Zeitpunkt eignet sich der Test deshalb noch nicht für eine routinemässige Blutuntersuchung. Der Ansatz ist nur dazu geeignet, Patienten zu identifizieren, die bereits Tumoren entwickelt haben, die mit heutigen Nachweismethoden unentdeckt bleiben. Hilfreich ist der Test damit besonders für Menschen, die etwa erblich bedingt ein hohes Krebsrisiko aufweisen.

Referenzen:
University of California, San Diego; Fudan University, Shanghai; UC San Diego Jacobs School of Engineering
Chen X et al.: Non-invasive early detection of cancer four years before conventional diagnosis using a blood test, Nature Communications 2020, published 21. July;
DOI https://doi.org/10.1038/s41467-020-17316-z

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