Das Modell soll geeignet sein, um verschiedene Frühstadien einer sich entwickelnden Lunge, deren Veränderung im Laufe einer Erkrankung sowie die Reaktion des Organoids auf pharmazeutisch wirksame Substanzen zu studieren, so Assistenzprofessor Jason Spence, PhD, von der University of Michigan Medical School in einem Interview.

Um aus den iPS-Zellen ein Lungenorganoid herzustellen, regten die Forscher die iPS-Zellen zunächst dazu an, eines der embryonalen Keimblätter zu entwickeln, das für die Bildung der Lunge zuständig ist, das Endoderm. Hiernach wurden zwei wichtige Signaltransduktionswege aktiviert, die aus dem Endoderm ein kugeliges Gebilde (Sphäroid) herstellten. Die so gewonnenen Sphäroide wurden in Matrigel eingebettet. Neben der Aktivierung zweier Signaltransduktionswege wurden zur gleichen Zeit zwei weitere Schlüssel-Signalwege gehemmt, u.a. mit einem ALK5-Inhibitor (Activin receptor-like kinase 5). Hierdurch entwickelte sich ein kleines lungenähnliches Gebilde, wie es im Embryo gefunden wird.

Das Modell bildet die wichtigen Strukturen wie bronchiale Verzweigungen und Alveoli aus, es fehlen jedoch Blutgefäße, die beim Gasaustausch während des Atmens eine bedeutende Rolle spielen.

Daher wäre eine Anwendung als Ersatz oder Ergänzung zum tierversuch im Bereich der Inhalationstoxikologie denkbar. Durch die organoide 3-D-Form bieten sich hier einige Vorteile gegenüber den gebräuchlichen 2-dimensionalen Modellen.

Das Organoid ist rund 100 Tage kultivierbar.

Die Wissenschaftler haben ihr Modell im Open Access-Journal "eLife" vorgestellt:

Dye, B.R., Hill, D.R., Ferguson, M.A.H., Tsai, Y.-H., Nagy, M.S., Dyal, R., Wells, J.M., Mayhew, C.N., Nattiv, R., Klein, O.D., White, E.S., Deutsch, G.H., Spence, J.R. (2015): In vitro generation of human pluripotent stem cell derived lung organoids. eLife 4:e05098. DOI: 10.7554/eLife.05098.

Quelle:
http://www.uofmhealth.org/news/archive/201503/scientists-coax-stem-cells-form-3-d-mini-lungs