Laufen, springen, tanzen – dafür müssen Nerven und Muskeln perfekt zusammenarbeiten. Doch wie entsteht diese Verbindung, und was geschieht, wenn sie versagt? Ein Team am Max-Delbrück-Centrum in Berlin hat im Labor winzige menschliche neuromuskuläre Organoide gezüchtet, die sich selbst organisieren. Aus reiner Neugier entstand so ein Werkzeug, das die Suche nach Therapien beschleunigen kann – und am Ende kannst du prüfen, welcher Forschertyp in dir steckt.
Am Anfang stand eine Frage, die einfach klingt, aber tief in die Biologie führt: Wie entwickeln sich Skelettmuskeln und Nervensystem so aufeinander abgestimmt, dass daraus funktionierende Schaltkreise werden? Genau diese Schaltkreise erlauben es dem Menschen, zu laufen, zu springen und zu tanzen. Ohne das präzise Zusammenspiel zwischen Nervenzellen und Muskelfasern wäre keine dieser Bewegungen möglich.
Dieser Frage widmet sich das Projekt GPSorganoids, das vom Europäischen Forschungsrat (ERC) gefördert und vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Deutschland koordiniert wird. Projektleiterin ist Mina Gouti vom MDC.
Die Frage ist nicht nur akademisch. Neuromuskuläre Erkrankungen betreffen etwa einen von 500 Europäern. Zu ihnen gehören die spinale Muskelatrophie (SMA) und die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) – Krankheiten, bei denen die Verbindung zwischen Nerven und Muskeln gestört ist.
Um solche Erkrankungen besser zu verstehen, brauchen Forschende genaue Modelle des menschlichen neuromuskulären Systems. Genau hier setzt das Projekt an: Es hat neue In-vitro-Modelle entwickelt, mit denen sich diese Krankheiten untersuchen lassen und die den Weg zu neuen Therapien verkürzen sollen.
Das Herzstück der Arbeit sind im Labor entwickelte Organoide, die sich von selbst organisieren. „Wir haben selbstorganisierende humane neuromuskuläre Organoide entwickelt, die wichtige funktionelle Interaktionen zwischen spinalen Motoneuronen und Skelettmuskeln originalgetreu nachbilden“, erklärt Mina Gouti.
Die Organoide bilden damit im Labor nach, wie die Motoneuronen des Rückenmarks und die Skelettmuskeln miteinander in Verbindung treten – also genau jenes Zusammenspiel, das bei neuromuskulären Erkrankungen gestört ist.
Ein wichtiger Fortschritt gelang, als das Team kontrollierte elektrische Stimulation in die Organoid-Plattform einbaute. Die gezielten Impulse verbesserten die Reifung und die Funktionsfähigkeit der Organoide deutlich.
Dieser Schritt zeigt, was möglich wird, wenn Entwicklungsbiologie und Bioingenieurwesen zusammenarbeiten. Das Ergebnis sind Modelle, die dem echten menschlichen Gewebe näherkommen.
Laut Gouti ist daraus eine leistungsstarke Plattform entstanden. Die Forschenden entwickelten außerdem eine selbstorganisierende Plattform für die neuromuskuläre Verbindung, die regionsspezifische Krankheitsmodelle und skalierbare Wirkstofftests erlaubt. Zusammen eröffnen die Modelle mehrere Möglichkeiten:
„Zusammen bieten diese sich ergänzenden Technologien physiologisch relevante menschliche Modelle zum Verständnis von Krankheitsmechanismen, zur Identifizierung neuer therapeutischer Ansatzpunkte und zur Bewertung potenzieller Therapien und schaffen gleichzeitig skalierbare Plattformen, die die Wirkstoffforschung beschleunigen“, fasst Gouti zusammen.
Die Geschichte des Projekts zeigt, wie viel neugiergetriebene Grundlagenforschung bewirken kann. Ursprünglich wollten die Forschenden das menschliche neuromuskuläre System in einer Petrischale nachbilden, indem sie die molekularen Signale der menschlichen Entwicklung nutzten.
Unterwegs zeigte sich jedoch etwas Unerwartetes: Die Kombination von Entwicklungsbiologie mit Bioingenieurwesen steigerte die physiologische Aussagekraft der Organoide noch weiter. „Der Europäische Forschungsrat gab uns die Freiheit, diese unerwarteten Richtungen in der Biotechnik zu verfolgen, sodass wir nicht nur die ursprünglich gestellten Fragen beantworten, sondern auch völlig neue Forschungsrichtungen erschließen konnten, die letztlich der Gesellschaft zugutekommen werden“, sagt Gouti.
Der nächste Schritt führt in Richtung Automatisierung. Mit einer Proof-of-Concept-Finanzhilfe des ERC arbeitet das Team daran, die Herstellung und Analyse der neuromuskulären Organoide mithilfe von Robotik und fortschrittlicher Bildgebung zu automatisieren.
Das soll den Weg für standardisierte menschliche Modelle ebnen und künftige Anwendungen in der personalisierten Medizin ermöglichen. „Ich bin zuversichtlich, dass unsere Arbeit Forschenden weltweit helfen wird, neuromuskuläre Erkrankungen besser zu verstehen und die Entwicklung neuer Therapien zu deren Behandlung zu beschleunigen“, betont Gouti.
Das Projekt GPSorganoids zeigt, wie eine grundlegende Frage – wie Nerven und Muskeln zusammenfinden – zu praktischen Werkzeugen führen kann. Die selbstorganisierenden Organoide schlagen eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und Therapie: Sie helfen, neuromuskuläre Erkrankungen zu verstehen, Wirkstoffe zu testen und Modelle für einzelne Patientinnen und Patienten zu entwickeln.
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