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Untersuchung der Selbstorganisation und Kryptenbildung („Budding“) in aus porzinen induzierten pluripotenten Stammzellen differenzierten intestinalen Organoiden

Methoden:

  • Differenzierung von porzinen induzierten pluripotenten Stammzellen zu intestinalen Organoiden

 

Projektbeschreibung:

Das Schwein dient in der biomedizinischen Forschung als beliebtes Darmmodell, da große Ähnlichkeit zwischen dem Gastrointestinaltrakt des Menschen und dem des Schweines angenommen werden. Dennoch bestehen Unterschiede, die sich im Tierversuch nur schwerlich auf molekularer Ebene aufklären lassen. Versuche geeignete permanente Zelllinien aus dem Schweinedarm zu generieren sind, mit Ausnahme einiger Dünndarmlinien, gescheitert. Seit einigen Jahren können induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) aus somatischen, adulten Zellen reprogrammiert werden. Humane iPSCs (hiPSCs) können in Darmabschnitts-spezifische intestinale Organoide ausdifferenziert werden. Der Vorteil der Generierung intestinalenr Organoide gegenüber der klassischen Zellkultur liegen besonders in der Darmabschnitts-spezifischen Ausbildung spezialisierter Epithelzellen (Enterozyten, Enteroendokrine Zellen, Becherzellen, intestinale Stammzellen und im Dünndarm auch Paneth-Zellen). Auch porzine iPSCs (piPCs) sind mittlerweile verfügbar. In unserer Arbeitsgruppe ist es bereits gelungen intestinale Organoide aus piPSCs auszudifferenzieren. Dabei sind Genexpressionsdaten während wichtiger Differenzierungsschritte gewonnen worden, um den Differenzierungsfortschritt auf molekularer Ebene zu verfolgen. Parallel wurden humane intestinale Organoide nach dem gleichen Protokoll generiert. Es konnte ein für intestinale Organoide typischer Verlauf der Genexpression nachvollzogenwerden. Im Vergleich zu den humanen Organoiden, die eine deutliche Kryptenbildung gezeigthaben, was auf eine organotypische Anordnung der spezialisierten Epithelzellen hinweist,blieben die porzinen Organoide in einer kugeligen Enterozystenform.Es ist bekannt, dass verschiedene Medien zur Kultivierung und Ausdifferenzierung vonintestinalen Organoiden aus intestinalen Stammzellen unterschiedlicher Spezies genutztwerden müssen. Hier liegen vermutlich Unterschiede in der Aktivierung/Inhibitionunterschiedlicher Signalwege, besonders im Wnt-Signalweg, vor. Im angestrebten Projekt sollder Einfluss der so genannten Nischenfaktoren (Wnt3a, R-Spondin und Noggin), die dieStammzellnische in Darmkrypten erhalten, auf die Kryptenbildung in porzinen Kolon-Organoiden, die aus piPSCs differenziert worden sind, untersucht werden. Dadurch soll das bestehende porzine Darmmodell näher an physiologische Zustände angenähert werden, die Ausbeute an entstehenden Organoiden soll positiv beeinflusst werden und es soll die langfristige Kultivierung dieser Kolon-Organoide ermöglicht werden. Letztlich sollen die intestinalen Organoide vom Schwein im Vergleich zu humanen intestinalen Organoiden eingesetzt werden, um beispielsweise zoonotische Darmerkrankungen, die in Mensch und Schwein unterschiedliche Auswirkungen zeigen, auf molekularer Ebene zu untersuchen.

 

Förderung:

Promotionsstipdendium der H. Wilhelm Schaumann Stiftung.

 

Projektverantwortliche:

 Prof. Bettina Seeger, PhD (bettina.seeger@tiho-hannover.de; 0511-856-7602)

Institut für Lebensmitteltoxikologie, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover

 

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