Satellitenlebern könnten Patienten, die auf eine Transplantation warten, eine Booster-Funktion bieten

Mehr als 10.000 Amerikaner, die an einer chronischen Lebererkrankung leiden, stehen auf der Warteliste für eine Lebertransplantation, aber es gibt nicht genügend gespendete Organe für alle dieser Patienten. Darüber hinaus kommen viele Menschen mit Leberversagen nicht für eine Transplantation in Frage, wenn sie nicht gesund genug sind, um die Operation zu vertragen.

Um diesen Patienten zu helfen, haben MIT-Ingenieure „Mini-Lebern“ entwickelt, die in den Körper injiziert werden können und die Funktionen der versagenden Leber übernehmen.

In einer neuen Studie an Mäusen zeigten die Forscher, dass diese injizierten Leberzellen mindestens zwei Monate lang im Körper lebensfähig bleiben und viele der Enzyme und anderen Proteine ​​erzeugen konnten, die die Leber produziert.

„Wir betrachten diese als Satellitenleber. Wenn wir diese Zellen in den Körper einbringen könnten, während das kranke Organ an Ort und Stelle belassen würde, würde das eine Booster-Funktion bieten“, sagt Sangeeta Bhatia, John und Dorothy Wilson-Professorin für Gesundheitswissenschaften und -technologie sowie für Elektrotechnik und Informatik am MIT und Mitglied des Koch Institute for Integrative Cancer Research und des Institute for Medical Engineering and Science (IMES) des MIT.

Bhatia ist der leitende Autor der neuen Studie, die heute in der Zeitschrift erscheint Zellbiomaterialien. Der MIT-Postdoc Vardhman Kumar ist der Hauptautor des Artikels.

Wiederherstellung der Leberfunktion

Die menschliche Leber ist an etwa 500 wesentlichen Funktionen beteiligt, darunter an der Regulierung der Blutgerinnung, der Entfernung von Bakterien aus dem Blutkreislauf und der Verstoffwechselung von Medikamenten. Die meisten dieser Funktionen werden von Zellen ausgeführt, die Hepatozyten genannt werden.

Im letzten Jahrzehnt hat Bhatias Labor an Möglichkeiten gearbeitet, die Hepatozytenfunktion ohne eine chirurgische Lebertransplantation wiederherzustellen. Ein möglicher Ansatz besteht darin, Hepatozyten in ein Biomaterial wie ein Hydrogel einzubetten, allerdings müssen diese Gele auch chirurgisch implantiert werden.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Hepatozyten in den Körper zu injizieren, wodurch eine Operation überflüssig wird. In dieser Studie versuchte Bhatias Labor, diese Strategie zu verbessern, indem es eine technische Nische bereitstellte, die das Überleben der Zellen verbessern und die nichtinvasive Überwachung der Transplantatgesundheit erleichtern könnte.

Um dies zu erreichen, kamen die Forscher auf die Idee, Zellen zusammen mit Hydrogel-Mikrokügelchen zu injizieren, die ihnen helfen würden, zusammenzuhalten und Verbindungen mit benachbarten Blutgefäßen herzustellen. Diese Kügelchen haben spezielle Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, wie eine Flüssigkeit zu wirken, wenn sie eng aneinander gepackt sind. Sie können also mit einer Spritze injiziert werden und erhalten dann im Körper wieder ihre feste Struktur.

In den letzten Jahren haben Forscher den Einsatz von Hydrogel-Mikrokügelchen zur Förderung der Wundheilung untersucht, da sie Zellen dabei helfen, in die Räume zwischen den Kügelchen zu wandern und neues Gewebe aufzubauen. In der neuen Studie hat das MIT-Team sie angepasst, um Hepatozyten dabei zu helfen, nach der Injektion ein stabiles Gewebetransplantat zu bilden.

Wir haben diese Technologie genutzt, um eine technische Nische für die Zelltransplantation zu schaffen. Wenn die Zellen ohne diese Kügelchen injiziert würden, würden sie sich nicht effizient in den Wirt integrieren, aber diese Mikrokügelchen bieten den Hepatozyten eine Nische, in der sie lokalisiert bleiben und sich viel schneller mit dem Wirtskreislauf verbinden können.“

Vardhman Kumar, Hauptautor des Artikels

Die injizierte Mischung enthält auch Fibroblastenzellen – unterstützende Zellen, die das Überleben der Hepatozyten unterstützen und das Wachstum von Blutgefäßen in das Gewebe fördern.

In Zusammenarbeit mit Nicole Henning, einer Ultraschallforschungsspezialistin am Koch-Institut, entwickelten die Forscher eine Möglichkeit, die Zellmischung mithilfe einer ultraschallgesteuerten Spritze zu injizieren. Nach der Injektion können die Forscher zudem mittels Ultraschall die Langzeitstabilität des Implantats überwachen.

In dieser Studie wurden die Mini-Lebern in das Fettgewebe im Bauch injiziert. In Zukunft könnten ähnliche Transplantate an anderen Stellen im Körper eingesetzt werden, beispielsweise in die Milz oder in die Nähe der Nieren. Solange sie über ausreichend Platz und Zugang zu den Blutgefäßen verfügen, können die injizierten Hepatozyten ähnlich wie Hepatozyten in der Leber funktionieren.

„Bei den meisten Lebererkrankungen muss das Transplantat nicht nahe an der Leber sitzen“, sagt Kumar.

Eine Alternative zur Transplantation

In Tests an Mäusen injizierten die Forscher die Mischung aus Leberzellen und Mikrokügelchen in einen Bereich des Fettgewebes, das sogenannte perigonadale Fettgewebe. Sobald die Zellen im Körper lokalisiert sind, bilden sie eine stabile, kompakte Struktur. Mit der Zeit beginnen Blutgefäße in den Transplantatbereich hineinzuwachsen, was dazu beiträgt, dass die injizierten Hepatozyten gesund bleiben.

„Die neuen Blutgefäße bildeten sich direkt neben den Hepatozyten, weshalb sie überleben konnten“, sagt Kumar. „Sie waren in der Lage, die Nährstoffe richtig zu sich zu nehmen, sie konnten so funktionieren, wie sie sollten, und sie produzierten die Proteine, die wir von ihnen erwarten.“

Nach der Injektion blieben die Zellen für acht Wochen, die Dauer der Studie, lebensfähig und in der Lage, spezielle Proteine ​​in den Wirtskreislauf abzusondern. Das deutet darauf hin, dass die Therapie möglicherweise als Langzeitbehandlung von Lebererkrankungen wirken könnte, sagen die Forscher.

„Wir sehen diese Technologie so, dass sie eine Alternative zur Operation darstellen kann, aber auch als Brücke zur Transplantation dienen kann, bei der diese Transplantate unterstützend wirken können, bis ein Spenderorgan verfügbar wird“, sagt Kumar. „Und wenn wir glauben, dass sie möglicherweise eine weitere Therapie oder mehr Transplantate benötigen, sind die Hürden dafür mit dieser Injektionstechnologie viel geringer als bei einer weiteren Operation.“

Mit der aktuellen Version dieser Technologie müssten Patienten wahrscheinlich immunsuppressive Medikamente einnehmen, aber die Forscher untersuchen die Möglichkeit, „heimliche“ Hepatozyten zu entwickeln, die dem Immunsystem entkommen könnten, oder die Hydrogel-Mikrokügelchen zu verwenden, um Immunsuppressiva lokal abzugeben.

Die Forschung wurde durch den Koch Institute Support (Core) Grant des National Cancer Institute, der National Institutes of Health, des Wellcome Leap HOPE Program, eines Graduate Research Fellowship der National Science Foundation und des Howard Hughes Medical Institute finanziert.

Quellen: