Die Gruppe um Liangxue Lai von den Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health in Guangzhou in China stellt ihre Vorgehensweise im Fachjournal „Cell Stem Cell“ vor. „Rattenorgane wurden in Mäusen und Mäuseorgane in Ratten produziert, aber frühere Versuche, menschliche Organe in Schweinen zu züchten, waren erfolglos“, so Lai.
Das Problem ist dasselbe wie bei Organspenden, wenn Spender und Empfänger nicht gut zueinander passen: Dann wird das Organ vom Körper des Empfängers abgestoßen, weil das Immunsystem es als fremdes Gewebe erkennt und Abwehrmaßnahmen einleitet. Hinzu kommt, dass die Schweinezellen im Embryo sich besser behaupten können als die menschlichen und beide Zelltypen unterschiedliche Bedürfnisse für ihr Gedeihen haben.
Zwei Gene entfernt
Mit Hilfe der Genschere Crispr/Cas entfernten die Forschenden aus einem einzelligen Schweineembryo die Gene SIX1 und SALL1, die für die Entwicklung von Nieren notwendig sind. Dadurch entwickelte der Embryo keine Schweinenieren, es entstand eine Leerstelle. Aus Nabelschnurblut gewonnene menschliche pluripotente Stammzellen, aus denen alle Arten von menschlichen Zellen hervorgehen können, wurden in den Embryo gespritzt. Sie konnten sich in der geschaffenen Nische weitgehend konkurrenzlos zu Nierengewebe entwickeln.
Die menschlichen Stammzellen waren zuvor speziell präpariert worden. Zum einen führte ein gentechnischer Eingriff dazu, dass vermehrt die Gene MYCN und BCL2 aktiviert wurden. Beide Gene sorgen für eine bessere Überlebensfähigkeit der Zellen, im Falle von BCL2 durch eine Verhinderung des programmierten Zelltods. Zum anderen gab das Forschungsteam die Stammzellen in ein kürzlich entwickeltes Nährmedium (4CL), das die Überführung der Stammzellen in frühere Entwicklungsstadien bewirkt; sie ähneln dann frühen menschlichen embryonalen Zellen.
Risiko von Abwehrreaktionen
Die Schweineembryonen pflanzten die Forschenden in Säue ein, wo sie sich bis zum 25. oder 28. Tag entwickeln konnten. Es gab einige Embryonen, bei denen sich eine Niere aus überwiegend menschlichen Zellen im Vergleich zu nicht behandelten Schweineembryonen normal entwickelt hatte. Das Verfahren ist aber noch verbesserungsbedürftig: „Der Gesamtanteil degenerierender Schweinembryonen ist hoch, und es muss beurteilt werden, ob dies teilweise mit dem Chimärismus oder anderen Aspekten des Injektionsverfahrens zusammenhängt“, schreibt das Forschungsteam.
Auch die gut gewachsenen Nieren enthalten zudem noch zu mehr als einem Drittel Zellen von Schweinen, was bei einer Organverpflanzung beim menschlichen Organismus zu Abwehrreaktionen führen kann. „Da Organe nicht nur aus einer einzigen Zelllinie bestehen, müssten wir die Schweine wahrscheinlich auf viel komplexere Weise manipulieren, um ein Organ zu bekommen, in dem alles vom Menschen stammt“, sagte Mitautor Miguel Esteban von den Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health.