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Neues aus der Forschung: Vergleich von ex vivo- mit in vitro-CF-Zellmodellen aus der Darmwand zur Messung der CFTR-abhängigen Ionenkanalaktivität

Die europäische CF-Gesellschaft ECFS veröffentlicht monatlich die wichtigsten News aus der Fachzeitschrift "Journal of Cystic Fibrosis" (JCF). Die Artikel sind auf die wichtigsten Fragen fokussiert und werden in verständlicher (englischer) Sprache dargestellt. Wir stellen Ihnen hier eine Übersetzung der News zur Verfügung.

COMPARISON OF EX VIVO AND IN VITRO INTESTINAL CYSTIC FIBROSIS MODELS TO MEASURE CFTR-DEPENDENT ION CHANNEL ACTIVITY

Autoren:
Domenique D. Zomer-van Ommena,b, Eyleen de Poela,b, Evelien Kruisselbrinka,b, Hugo Oppelaara,b, Annelotte M. Vonka,b, Hettie M. Janssensc, Cornelis K. van der Enta, Marne C. Hagemeijera,b, Jeffrey M. Beekmana,b

a Department of Pediatric Pulmonology, Wilhelmina Children’s Hospital, University Medical Center Utrecht, Utrecht, the Netherlands
b Regenerative Medicine Center Utrecht, University Medical Centre Utrecht, Utrecht, the Netherlands
c Department of Pediatric Pulmonology, Erasmus Medical Centre/Sophia Children’s Hospital, Rotterdam, the Netherlands

Was war Ihre wissenschaftliche Fragestellung?

Ist es möglich, mit Zellen von Patienten, die im Labor weiter kultiviert wurden, neue Testmodelle für Mukoviszidose zu entwickeln? Mukoviszidose wird durch Mutationen in einem Protein verursacht, das CFTR genannt wird und für den Transport von Ionen (Salzen) und Flüssigkeit durch die Zellmembran von großer Bedeutung ist. Dieser Transport von Ionen und Flüssigkeit wurde an Zellen gemessen, die direkt von Patienten stammten („ex vivo“) und verglichen mit dem Transport bei denselben Zellen, nachdem sie im Labor eine Zeit lang kultiviert (und damit vermehrt) worden waren („in vitro“).

Warum ist das wichtig?

Laboruntersuchungen an Zellen von Patienten spielen eine große Rolle bei der Entwicklung neuer Medikamente und bei der Untersuchung individueller Charakteristika der Erkrankung. Zellen, die direkt von Patienten stammen, stehen nur in geringer Anzahl für solche Untersuchungen zur Verfügung, weil man sie den Patienten nicht in beliebig großer Anzahl entnehmen kann. Man kann allerdings mit neuen Technologien die Anzahl solcher Zellen in der Laborkultur sehr stark erhöhen, und dann ist die Zahl der möglichen Tests mit diesen Zellen praktisch unbegrenzt. Solche im Labor gewachsenen Zellen kann man tiefgekühlt aufbewahren und wieder auftauen, wenn man sie verwenden möchte. Diese Zellen können für die Mukoviszidoseforschung eine große Rolle spielen, wenn gezeigt werden kann, dass ihre Patienten-spezifischen Eigenschaften durch die Bearbeitungsprozesse im Labor nicht verändert werden.

Wie sind Sie vorgegangen?

Als erstes verglichen wir den Salztransport in frischem Darmgewebe, das mit einer Rectum-Biopsie von 12 Menschen mit unterschiedlichem Verlauf der Mukoviszidose-Erkrankung und von Menschen ohne Mukoviszidose entnommen wurde. Anschließend ließen wir diese Zellen im Labor zu dreidimensionalen Mini-Darmstrukturen wachsen. Daran untersuchten wir den unterschiedlichen Flüssigkeitstransport bei Menschen mit und ohne Mukoviszidose. Außerdem untersuchten wir den Salztransport an diesen Zellen mit einer neu entwickelten Methode. Zum Schluss verglichen wir die Ergebnisse dieser drei Testserien, um zeigen zu können, wie Unterschiede zwischen Menschen mit Mukoviszidose ohne Mukoviszidose sich in diesen Modellen darstellen.

Was haben Sie herausgefunden?

Wir fanden heraus, dass die Eigenschaften der Zellen, die im Labor gewachsen waren, im Wesentlichen vergleichbar waren mit denen, die direkt aus menschlichem Gewebe stammten.

Was bedeutet das, und warum muss man bei der Bewertung der Ergebnisse vorsichtig sein?

Unsere Untersuchungen haben gezeigt, dass der CF-Defekt sich in gleicher Weise in Zellen findet, die im Labor gewachsen sind, wie in denjenigen, die direkt vom Menschen stammen. Das bedeutet, dass solche im Labor kultivierten Zellen bei der Untersuchung individueller Charakteristika von CF eine wichtige Rolle spielen können. Das gilt zum Beispiel auch für die Frage, in welchem Umfang das CFTR-Protein in seiner Funktion beeinträchtigt ist und ob sich diese Funktion durch Medikamente wieder herstellen lässt. Da es sich hier um eine erste Studie handelte, mit der grundsätzliche Erkenntnisse gewonnen werden sollten, müssen weitere Studien stattfinden, in denen diese Beobachtungen bestätigt werden.

Wie geht es weiter?

Die Labormodelle können genutzt werden, um den Salz- und Flüssigkeitstransport im Darm genauer zu untersuchen und um andere Eigenschaften der Zellen bzw. Zellverbände zu studieren, die bei der Mukoviszidose betroffen sind, z.B. den Schleim oder das Verhalten von Bakterien. Außerdem kann man vergleichen, wie sich der CF-Defekt im Darm und in den Atemwegen jeweils auswirkt.


Übersetzung von Wilhelm Bremer, 28.07.2018