Ein Zellatlas menschlicher Organoide: DKFZ an neuem EU-Forschungsprojekt beteiligt
In der Kulturschale gezüchtete „Mini-Organe", so genannte Organoide, gelten als vielversprechende Modellsysteme für die medizinische Forschung. Wissenschaftler wollen die Mini-Organe nun als zuverlässige Modelle der menschlichen Biologie validieren und breit nutzbar machen. Dafür arbeiten führende Organoidforscher Europas mit Experten aus den Bereichen Einzelzell-Sequenzierung, Einzelzell-Mikroskopie und computergestützter Datenintegration im neuen „HCA|Organoid"-Forschungsprojekt an der Entwicklung eines frei zugänglichen „Organoid Cell Atlas".
Mit umfassend charakterisierten Labormodellen menschlicher Organe soll dieser Atlas die Erforschung einer Vielzahl von Krankheiten vereinfachen. Das HCA|Organoid-Konsortium ist eines von sechs Pilotprojekten, die vom EU-Horizon-2020-Programm gefördert werden und europäische Beiträge zum „Human Cell Atlas" darstellen. Das Deutsche Krebsforschungszentrum ist einer von acht Partnern des Konsortiums, das EU-Förderungen in Höhe von fünf Millionen Euro erhalten wird.
© IMBA Madeline Lancaster
Technologien zur Charakterisierung von einzelnen Zellen eröffnen eine grundlegend neue Perspektive für das Verständnis der Biologie des Menschen. Daraus ergibt sich großes Potenzial, therapeutische Fortschritte für eine Vielzahl von Krankheiten zu ermöglichen und Europa in der Spitze von Forschung und Anwendung in der personalisierten Medizin und der regenerativen Biologie zu etablieren. Um Forschungen an Organoiden international zu koordinieren und den wissenschaftlichen Fortschritt zu beschleunigen, sorgt die globale Human Cell Atlas (HCA) Initiative für eine weltweite Abstimmung beim Erstellen umfassender Referenzkarten aller Zellen im menschlichen Körper.
Im Rahmen des HCA verfolgt das neue europäische Forschungsprojekt „HCA│Organoid" das Ziel, einen „Organoid Cell Atlas" zu erstellen. Die beteiligten Wissenschaftler wollen einen Atlas einzelner Zellen erstellen und nutzen, um zwischen der Analyse von Gewebeproben einerseits und Experimenten an Organoiden im Labor andererseits zu übersetzen. Zum Beispiel könnten Wissenschaftler in Tumor-Proben einem neuen Zelltyp auf die Spur kommen, dann ähnliche Zellen in menschlichen Organoiden herstellen und an diesen Zellen im Labor potenzielle therapeutische Strategien testen.
Im Rahmen des Projektes sollen zunächst von jeweils hundert Personen aus Stammzell-induzierten Zelllinien Gehirn-Organoide bzw. aus Gewebematerial, das bei Operationen anfällt, Darm-Organoide erzeugt werden. Diese Mini-Organe sollen anschließend mit Einzelzell-Analysen charakterisiert werden, um die genetische Vielfalt des Menschen abzubilden und eine umfassende Referenz für die Forschung an Krankheiten zu etablieren.
Das HCA│Organoid-Projekt wird von einem Konsortium aus acht Institutionen in Österreich, Deutschland, den Niederlanden und in der Schweiz durchgeführt. Am DKFZ befasst sich Michael Boutros mit der funktionellen Analyse von Organoiden gastrointestinaler Tumoren. Die Organoide werden aus Tumorbiopsien etabliert, im Rahmen der „PROMISE Studie" in Kooperation mit der II. Medizinischen Klinik des Universitätsklinikums Mannheim der Universität Heidelberg. An den Organoiden wird das Ansprechen auf verschiedene Wirkstoffe sowie mögliche Resistenzmechanismen untersucht. Diese Expertise wird nun in das HCA│Organoid Projekt einfließen, dabei sind Untersuchungen von Tumororganoiden auf Einzelzellebene geplant.
Oliver Stegle leitet die bioinformatische Prozessierung und integrative Datenanalyse des HCA│Organoid Projekts und wird dabei Transkriptome, Epigenome und Bilder der Zellen in Organoiden und dem entsprechenden Primärgewebe gesunder Spender zusammenführen und mit modernen bioinformatischen Methoden analysieren. Durch diese datenreichen Analysen können die genotypische und phänotypische Variation zwischen Zellen besser verstanden und neue Hypothesen zu Krankheitsmechanismen aufgestellt werden. Die Daten sollen zudem in einem Internetportal für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.
Mehr Information zum HCA|Organoid-Projekt unter: www.hca-organoid.eu
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Über den Human Cell Atlas
Der Human Cell Atlas (HCA) strebt die Erstellung molekularer Referenzkarten für alle Zellen des Menschen an, um das Wissen über die verschiedenen Zelltypen des menschlichen Körpers zu bündeln und zu erweitern. Das Ziel ist einerseits ein besseres Verständnis des gesunden Körpers, andererseits Fortschritte in der Diagnose, Überwachung und Behandlung von Krankheiten zu erreichen. Als europäischen Beitrag zum Human Cell Atlas fördert die Europäische Kommission sechs Pilotprojekte im „Horizon 2020" Rahmenprogramm für Forschung und Innovation (www.humancellatlas.org/euh2020). Diese Projekte sind darauf ausgerichtet, einzelne Zellen, ihre Wechselwirkungen und/oder ihre räumliche Lage im Gewebe mit Hilfe von modernsten Technologien zur Charakterisierung von einzelnen Zellen zu beschreiben. Die Projekte bringen außerdem europäische Experten aus den jeweiligen Disziplinen zusammen, die sich gemeinsam um die Weiterentwicklung des Human Cell Atlas bemühen.
Projektpartner
• CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Österreich
• Institut für Molekulare Biotechnologie der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (IMBA), Österreich
• Princess-Máxima-Zentrum für Pädiatrische Onkologie BV (PMC), Niederlande
• Hubrecht Organoid Technology (HUB), Niederlande
• Friedrich Miescher Institut für Biomedizinische Forschung (FMI), Schweiz
• Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ), Deutschland
• Europäisches Bioinformatik-Institut (EMBL-EBI), Großbritannien
• European Research and Project Office GmbH (EURICE), Deutschland
Das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ) ist mit mehr als 3.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern die größte biomedizinische Forschungseinrichtung in Deutschland. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen im DKFZ, wie Krebs entsteht, erfassen Krebsrisikofaktoren und suchen nach neuen Strategien, die verhindern, dass Menschen an Krebs erkranken. Sie entwickeln neue Methoden, mit denen Tumoren präziser diagnostiziert und Krebspatienten erfolgreicher behandelt werden können. Beim Krebsinformationsdienst (KID) des DKFZ erhalten Betroffene, Interessierte und Fachkreise individuelle Antworten auf alle Fragen zum Thema Krebs.
Um vielversprechende Ansätze aus der Krebsforschung in die Klinik zu übertragen und so die Chancen von Patientinnen und Patienten zu verbessern, betreibt das DKFZ gemeinsam mit exzellenten Universitätskliniken und Forschungseinrichtungen in ganz Deutschland Translationszentren:
Das DKFZ wird zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu 10 Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert und ist Mitglied in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren.