Tissue Engineering: Plazenta-Gewebe im Labor gezüchtet

Mini-Plazenta soll Plazentaforschung revolutionieren

Was geschieht am Anfang einer Schwangerschaft? Welche Prozesse führen zu einer frühen Fehlgeburt? Mediziner haben noch viele Fragen, wenn es um den Beginn einer Schwangerschaft geht. Mit einer im Labor gezüchteten Mini-Plazenta wollen Wissenschaftler nach Antworten suchen. Das jetzt vorgestellte Plazenta-Modell ist so realistisch, dass Schwangerschaftstest drauf entsprechend ansprechen.

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Manche Schwangerschaft endet leider sehr früh – eigentlich noch ehe es wirklich richtig los ging. Bislang konnten Frauenärzte viele Fehlgeburten nicht erklären. Mit ein Grund dafür, es fehlte ein geeignetes Modell zur Erforschung der Plazenta im ganz frühen Schwangerschaftsstadium. Jetzt jedoch stehen künstliche Plazenta-Organoide zur Verfügung, mit deren Hilfe sich hoffentlich bald viele Fragen klären und Fehlgeburten verhindern lassen.

 

Die ersten Wochen einer Schwangerschaft sind besonders heikel. Die meisten Fehlgeburten ereignen sich im ersten Trimester, d. h. bis zur 12. Schwangerschaftswoche. Viele Paare verkünden erst nach diesem Meilenstein Familie und Freunden die freudige Nachricht, weil ab dem zweiten Schwangerschaftsdrittel das Fehlgeburtsrisiko sehr stark absinkt. Leider können Ärzte bis heute in vielen Fällen nicht genau sagen, warum eine Schwangerschaft so früh so abrupt endet. Manchmal läuft bei der Zellteilung etwas schief und der Embryo ist aus genetischen Gründen nicht lebensfähig. Auch kann es zu Problemen bei der Einnistung der Blastozyste in die Gebärmutter kommen. Oder die Plazenta bildet sich nicht richtig aus und es Embryo wird unterversorgt.

 

Plazenta-Organoide sollen im Labor helfen, Fragen zu enträtseln

Um genau solche Probleme in Zukunft besser untersuchen zu können, haben britische Wissenschaftler nun im Labor eine Mini-Plazenta gezüchtet. Mit Hilfe dieses Modell wollen sie nun jene Prozesse erforschen, die zu einer Fehlgeburt führen können.

Die jetzt vorgestellte Methode, um dreidimensionale Plazenta-Miniaturen zu kultivieren, erschafft Organoide, die sowohl im Aufbau als auch in der Funktion mit dem natürlichen Vorbild verglichen werden können. Die künstliche Mini-Plazenta produziert ebenso schwangerschaftstypische Hormone und Wachstumsfaktoren. Wie die Wissenschaftler im Fachmagazin Nature beschreiben, reagiert ein gewöhnlicher Schwangerschaftstest aus der Apotheke mit „positiv“, wenn er in Kontakt mit der Zellkultur kommt.

Die Plazenta selbst besteht aus mütterlichem und embryonalem Gewebe. Sie ist für das Ungeborene überlebensnotwendig, denn sie versorgt den Fötus, während er im Mutterleib heranwächst. Bislang jedoch fehlten Modelle, um das Organ zu untersuchen, sodass das medizinische Wissen über die Plazenta noch immer sehr begrenzt ist. Dank des Tissue Engineerings soll sich das in absehbarer Zeit mit den neuen Mini-Plazenten aus dem Labor ändern.

 

 

Die Rolle des Trophoblasten bei der Nidation

Als Ausgangsmaterial für die Gewebezüchtung dient Zellgewebe, das bei Schwangerschaftsabbrüchen zwischen der sechsten bis zwölften Schwangerschaftswoche anfällt. Die Wissenschaftler betteten das Zellgemisch in ein Gelbett ein. Danach wurde ein spezielles Nährmedium hinzugegeben. Nach kurzer Zeit entwickelten sich dreidimensionale Strukturen, die die Experten als Trophoblast-Organoide identifizierten. Als Trophoblast wird die äußere Zellschicht der Blastozyste bezeichnet. Die Zellen des Embryos haben dann den ersten entscheidenden Differenzierungsschritt bereeits vollzogen. Während in der Morula noch alle Zellen totipotent sind und sich de facto noch in jeden Zelltyp ausdifferenzieren können, sind die Zellen der Blastozyste nur noch pluripotent. Aus den inneren Zellen, dem sogenannten Embryoblasten, entsteht der Embryo und damit innerhalb von neun Monaten ein vollständiger, kleiner Mensch. Aus der äußeren Zellschicht, dem Trophoblasten, entstehen die Eihäute und die Plazenta. Der Trophoblast spielt eine wichtige Rolle bei der Einnistung des Embryos in die Gebärmutter. Der Vorgang wird im Medizinersprech auch als Nidation bezeichnet.

Dabei weicht der Trophoblast mittels Enzymen die mütterliche Gebärmutterschleimhaut auf und ermöglicht es so, dass sich der Embryo an der Gebärmutterwand festsetzen kann. Ist die Einnistung erfolgreich, bildet der Trophoblast Zotten aus, die den embryonalen Anteil am Mutterkuchen, wie die Plazenta umgangssprachlich auch genannt wird, bilden.

 

Mehr Wissen über den Schwangerschaftsbeginn

Die künstlich hergestellten Plazenta-Organoide erwiesen sich im Labor als genetisch stabil und können im Nährmedium lange überleben. Auch sie organisierten sich selbstständig zu Strukturen, die den natürlichen Zotten ähneln. Und die Organoide bilden die für die Schwangerschaft typischen Hormone, Wachstumsfaktoren und andere Moleküle. Die künstlichen Mini-Plazenten eignen sich daher als Modell, um die Plazenta-Entwicklung im ersten Schwangerschaftsdrittel besser zu verstehen.

Mit Hilfe des Plazenta-Modells sollen die Vorgänge am Anfang einer Schwangerschaft aufgedeckt werden. Außerdem wollen die Wissenschaftler so herausfinden, was schieflaufen kann, um das Fehlgeburtsrisiko zu minimieren. Die Sicherheit von Medikamenten kann an den Organoiden ebenfalls geprüft werden. Untersucht werden soll auch, warum die Plazenta das Eindringen von Erregern normalerweise bremsen kann, aber beim Zika-Virus versagt. Kommt es zu einer Zika-Infektion der Mutter in einem frühen Stadium der Schwangerschaft, drohen schwere Fehlentwicklungen beim Nachwuchs. Vor allem in Brasilien wurden auffällig viele Babys mit Mikrozephalie, einer Fehlentwicklun des Gehirn, nach einer Zika-Epidemie geboren.

 

Die Grenzen der Plazentaforschung

Im vergangenen Jahr war es dem Forscherteam der University of Camebridge (Großbritannien) bereits gelungen, in der Zellkultur die Gebärmutterschleimhaut nachzubilden. Mit der Mini-Plazenta stehen jetzt Modelle zur Verfügung, die beide Seiten der Verbindungsstelle, zur Verfügung. So lässt sich auch das Zusammenspiel von mütterlichem und embryonalem Plazenta-Gewebe untersuchen. Die Untersuchungsmodelle können zwar die Plazentaforschung revolutionieren, sagen Experten. Jedoch sind sich alle Fachleute auch einig, dass die Organoide noch weit davon entfernt sind, mit einer künstlichen Plazenta erfolgreich einen Embryo über die komplette Dauer einer Schwangerschaft zu versorgen.

 

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