Spektrum der Wissenschaft Spezial - Biologie Medizin Hirnforschung Nr3 2017

Pdx1-

Gen

Cas

CRISPR/Cas9-

Werkzeug

menschliche iPSC

Blastozyste

befruchtete

Eizelle

Vorderdarm

Mitteldarm

Hinterdarm

rückenseits

gelegene Anlage

der Bauch-

speicheldrüse

Magen

Leber

Gallenblase

Magen

Leber

Gallenblase

bauchwärts

gelegene Anlage

der Bauch-

speicheldrüse

menschliche

Bauchspeichel-

drüse

Umgebende Zellen

senden Signale an

die iPSC.

iPSC entwickeln sich

zu Zellen der

Bauchspeicheldrüse.

Mit verschiedenen Maß-

nahmen verhindern die

Forscher, dass humane

Zellen auch in andere

Bereiche des Tierembry-

os einwandern und dort

weitere Organe und Ge-

webe hervorbringen.

AMANDA MONTAÑEZ / SCIENTIFIC AMERICAN NOVEMBER 2016

angelegt werden, aus denen später die Organe hervorge­

hen – müssen wir die humanen Stammzellen injizieren.

Wenn wir länger warten, ignorieren die Stammzellen des

Wirtsembryos die Neuankömmlinge einfach, worauf diese

verkümmern und absterben.

Während der weiteren Embryonalentwicklung formen

sich aus einem Teil der Blastozyste drei Zellschichten: eine

äußere (Ektoderm), mittlere (Mesoderm) und innere (Ento­

derm). Jetzt wird der präzise Ort einer jeden einzelnen

Zelle wichtiger als je zuvor. Frühere Arbeiten haben bei­

spielsweise gezeigt, dass bestimmte Zellen des Entoderms

auf Proteinsignale in ihrer unmittelbaren Umgebung

reagieren, indem sie das Gen Pdx1 einschalten. Dies

aktiviert viele weitere Gene, was wiederum die Reifung der

Bauchspeicheldrüse einleitet. Zellen im Mesoderm hinge­

gen werfen als Antwort auf äußere Signale das Gen Six

an, welches das Nierenwachstumsprogramm startet.

Obwohl also alle Zellen des Embryos dieselben Erbanlagen

enthalten, legt ihre jeweilige Mikroumgebung fest, welche

Gene ein­ oder ausgeschaltet werden, und somit, welchen

Gewebetyp sie hervorbringen.

Die Tatsache, dass ein einzelnes Gen wie Pdx1 oder Six

einen kompletten Reaktionsweg initiiert, der zur Bildung

einer Bauchspeicheldrüse oder Niere führt, ist für unser Vor­

haben äußerst bedeutsam. Denn indem wir das eine Gen

stilllegen, das für die Entstehung der Bauchspeicheldrüse

erforderlich ist (ein Verfahren, das meine Kollegen und ich

als »Leeren der Nische« bezeichnen), bringen wir Schweine­

embryonen ohne dieses Organ hervor. Es sei denn, wir

geben menschliche Stammzellen hinzu, die jenes Gen in

aktiver Form enthalten. Falls sie sich richtig entwickeln,

formen sie innerhalb des Embryos eine Bauchspeicheldrü­

se, die ausschließlich aus menschlichen Zellen besteht. Der

Rest des Tieres setzt sich aus Schweinezellen zusammen.

Wie so oft in der Wissenschaft, erforderte es zahlreiche

Experimente, um herauszufinden, wie man eine embryo­

Entnehmen der

reifen menschlichen

Bauchspeicheldrüse

Nachdem die Leihmutter ihr Junges

zur Welt gebracht hat, können Chi­

rurgen ihm die menschliche Bauch­

speicheldrüse entnehmen.

Entwicklung zum Fötus

In der Leihmutter bilden sich die

Gewebe und Organe des Em­

bryos aus. Die normale Tragezeit

beträgt bei Säuen etwa vier

Monate.

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