Kleine Menschliche Mägen Im Labor Gewachsen

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Menschliche miniaturmägen, die im labor gezüchtet werden, können forschern dabei helfen, die magenentwicklung und erkrankungen wie geschwüre und magenkrebs zu untersuchen.

Sie sind zwar klein, aber neue im Labor gezüchtete menschliche Miniaturmägen könnten den Forschern eines Tages helfen, die Entwicklung des Magens und die damit einhergehenden Krankheiten besser zu verstehen.

Laut eines heute (29. Oktober) in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Berichts bauten Forscher mithilfe von menschlichen Stammzellen und einer Reihe chemischer Schalter Mägen mit einem Durchmesser von 0,1 Zoll (3 Millimeter) in Laborschalen auf.

"Es war für uns wirklich bemerkenswert, wie sehr es wie ein Magen aussah", sagte der Forscher Jim Wells, Professor für Entwicklungsbiologie am Cincinnati Children's Hospital Medical Center. [Siehe Bilder der kleinen Mägen]

Der Anbau eines Miniaturbauches hatte seine Hürden. Es gibt nicht viele Informationen darüber, wie sich der menschliche Magen während der Embryonalentwicklung bildet. Daher mussten sich die Forscher auf Grundlagenforschung sowie Versuch und Irrtum verlassen, so Wells. Die Fähigkeit, ein dreidimensionales Organ in einem Labor zu züchten, ist eine relativ junge Entwicklung. Andere Forscher hätten flache Proben von Magengewebe gezüchtet, aber nur wenige seien erfolgreich in das 3D-Territorium gesprungen, sagte er.

Technisch gesehen sind die kleinen Mägen keine Organe, sondern Organoide: dreidimensionale Miniaturstrukturen einer Orgel. Sie brauchten nur etwa einen Monat, um sich zu kultivieren.

"Diese Magenorganoide werden es den Menschen erlauben, Experimente durchzuführen, die sie vorher nie konnten", sagte Wells.

Magenfarm

Das Experiment begann mit humanen pluripotenten Stammzellen, die mit den richtigen chemischen Anweisungen zu jeder Zelle des menschlichen Körpers werden können. Die Forscher verwendeten zwei Arten von Stammzellen - eine Gruppe stammte aus einem menschlichen Embryo, der vor etwa 15 Jahren hergestellt wurde, und die andere stammte aus erwachsenen menschlichen Hautzellen. Dabei wurde eine Technik verwendet, die 2012 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet wurde.

Die Forscher verwendeten Chemikalien, um die Zellen dazu zu bringen, das endgültige Endoderm zu entwickeln, eine flache Zellschicht, die sich früh während der Embryonalentwicklung bildet. Zu diesem Zeitpunkt könnten die Zellen noch andere Zellen werden, einschließlich derjenigen, die die Leber, die Bauchspeicheldrüse, die Lunge oder den Magen bilden.

Dann fügten die Forscher zwei weitere Proteinsignale hinzu, um den Zellen zu sagen, dass sie eine dreidimensionale tubelartige Struktur bilden sollen, die als Vorderdarm bezeichnet wird.

"Dort stellen wir unser spezielles Mojo vor, um von 2D zu 3D zu wechseln", sagte Wells. "Wir lösen aus, was normalerweise während der Embryonalentwicklung passieren würde, wenn die Embryonen flach werden und sich dann zu einem dreidimensionalen Embryo zusammenrollen."

Er beschrieb die Organoide als "ovale, hohle Strukturen" mit Innenseiten, die Falten aufweisen, die denen eines normalen Magens entsprechen. [11 überraschende Fakten zum Verdauungssystem]

Andere Wissenschaftler, die an der regenerativen Medizin arbeiten, bezeichneten die Entwicklung als einen großen Fortschritt in der Magenforschung.

Die kleinen Mägen sind technisch keine Organe. Forscher nennen sie Organoide, kleine dreidimensionale organähnliche Strukturen. Andere im Labor erzeugte Organoide sind Schilddrüse, Gehirn und Darm.

Die kleinen Mägen sind technisch keine Organe. Forscher nennen sie Organoide, kleine dreidimensionale organähnliche Strukturen. Andere im Labor erzeugte Organoide sind Schilddrüse, Gehirn und Darm.

Bildnachweis: Kyle McCracken

"Es ist eine wunderschöne Studie und sehr innovativ", sagte Dr. Jason Mills, Professor für Gastroenterologie an der Washington University School of Medicine in St. Louis, der nicht an der Forschung beteiligt war. "Wir können jetzt die Hautzellen einzelner menschlicher Patienten in kleine Mini-Mägen oder wirklich einen Teil des Magens verwandeln."

Die Organoide sind keine vollständigen Mägen. Der Magen ist in zwei Teile unterteilt, von denen einer die Säure bildet, die Nahrung verdaut, und der andere, die Magenantrum, die Proteine ​​bildet, die die Produktion von Säure- und Verdauungsenzymen steuern. Die Organoide umfassen nur das Magenantrum.

"Wir haben nicht den Teil des Magens gemacht, der die Säure macht", aber die Forscher arbeiten jetzt daran, sagte Wells.

Die Organoide könnten den Forschern jedoch immer noch helfen, mehr über Magenerkrankungen und deren Entwicklung zu erfahren, sagte Dr. Tracy Grikscheit, Assistenzprofessorin für Kinderchirurgie an der Keck School of Medicine der University of Southern California, die nicht an der Studie beteiligt war.

"In diesem Artikel reproduzieren sie effektiv die meisten Bestandteile eines Abschnitts des Magens, des Antrums des Magens. Dadurch können menschliche Krankheiten in einer Schüssel anstatt in einem Patienten modelliert werden", sagte Grikscheit in einer E-Mail an WordsSideKick.com. Dies könnte es anderen Wissenschaftlern ermöglichen, "auf dem Weg zu zukünftigen Therapien für Menschen" zu kommen, sagte sie.

Geschwüre testen

Eine Anwendung für die Forschung wird die Mägen verwenden, um die Auswirkungen eines Bakteriums zu untersuchen Helicobacter pylori, die bei etwa 10 Prozent der Menschen weltweit Magenerkrankungen verursacht und mit Magenbeschwerden von Geschwüren bis hin zu Magenkrebs in Verbindung gebracht wurde.

Die Forschung an Tieren erwies sich nicht als eine gute Möglichkeit zum Studium H. pylori's Wirkungen bei Menschen. "Das Bakterium" tut nicht die gleichen schlechten Dinge, wenn Sie es in den Magen einer Maus legen ", sagte Wells.

Wells und seine Kollegen brachten die menschlichen Magenorganoide zu Yana Zavros, einer Assistenzprofessorin für Molekular- und Zellphysiologie an der Universität von Cincinnati, deren Team sie injizierte H. pylori.

"Die Bakterien haben ziemlich genau das gemacht, was wir erwartet hatten", sagte Wells und schlug vor, dass die Organoide ein gutes Modell für die menschliche Krankheit sind.

Die Organoide könnten auch eines Tages als Quelle für Gewebeflecken dienen, die Ärzte in Patienten mit Magengeschwüren implantieren könnten, fügte er hinzu.

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