Aufrechterhaltung von retinalen Ganglienzellen in menschlichen Netzhautorganoiden durch den Einsatz eines Gefäßsystems.

• Antragsteller: Professor Volker Busskamp, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531985111

Neue Techniken im Bereich der Stammzelltechnologie, die aus menschlichem Gewebe sogenannte Organoide herstellen können, haben für einen enormen Aufschwung in den Biowissenschaften geführt und bieten neue experimentelle Möglichkeiten. Der Fokus unserer Forschung liegt auf humanen Netzhautorganoiden, wobei der aktuelle Forschungsstand einige Beschränkungen und Unzulänglichkeiten aufweist. Gehirn-Organoide bestehe hauptsächlich aus Glia und Neuronen, jedoch fehlen Endothelzellen. Diese sind unerlässlich zur Bildung eines vaskulären Systems, was insbesondere den inneren Bereich der Organoide mit Nährstoffen versorgen kann. Bei retinalen Organoiden führt dies beispielweise dazu, dass retinale Ganglienzellen (RGC) kurz nach ihrer Entstehung absterben. RGCs bilden eine definierte Schicht in der Retina und bündeln die Nervenfasern, deren Informationen als optischer Nerv an höhere Gehirnareale weitergeleitet werden. Erst nach 30 Wochen werden die Photorezeptoren in Organoiden licht-empfindlich (funktional), jedoch degenerieren die RGCs bereits nach 16 Wochen. Zur Überwindung dieser strukturellen und funktionalen Hindernisse, möchten wir bei der Entwicklung von retinalen Organoiden ein vaskuläres System integrieren, sodass ein nekrotischer Kern vermieden wird. Dafür nutzen wir unsere Technik aus einer Stammzelllinie mit Hilfe des Transkriptionsfaktors ETV2 in nur 4 Tagen fast 100 % Endothelzellen zu produzieren. Für unser Vorhaben werden wir die so gewonnenen Endothelzellen den wachsenden Organoiden hinzufügen oder die Stammzellen per 'forward programming' in situ zu Endothelzellen umprogrammieren. Unsere bisherigen Ergebnisse sind vielversprechend: die retinalen Organoide sind signifikant größer und weisen ab Woche 16 eine signifikante Reduktion von Apoptose auf. Dennoch benötigt diese Technologie eine intensive und systematische Adaption der einzelnen Parameter, um eine zuverlässige Methode zur Vaskularisierung von retinalen Organoiden zu entwickeln. Dazu gehört eine detaillierte mikroskopische Analyse der verschiedenen retinalen Zelltypen, der zellulären Struktur und Schichten. Zur Transkriptom-Analyse der retinalen Zelltypen werden ebenfalls Einzelzell-RNA-Sequenzierungen durchgeführt. Im Besonderen wird die funktionale Verbesserung der RGCs untersucht. Dazu werden Mikroelektroden-Messungen (MEA) aus dem Inneren von halbierten retinalen Organoiden aufgenommen. Zur Nachahmung des optischen Nervs, werden auf einem MEA-Chip die RGCs Axone über Mikrokanäle an Areale weitergeleitet, wo sich voll funktionsfähige aus Stammzellen gewonnene Neuronen befinden. Durch Lichtstimulation der retinalen Organoide, werden wir von diesen postsynaptischen Neuronen die Aktivität messen, um ein funktionales einfaches "Assembloid" Modell für retinale Organoide anzubieten. Damit lässt sich nochmals bekräftigen, wie bedeutend das Einbringen eines vaskulären Systems in retinale Organoide ist, um eine breite Anwendung in der biomedizinischen Forschung zu erlangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen