Boston: Neues Modell der chronisch-entzündlichen Darmerkrankung für Therapietests
Aktualisiert: 14. Aug.
Science Center der Harvard universität in Boston. Foto: Wikipedia. CC BY-SA 2.0
Ein Team aus Wissenschaftler:innen vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering an der Harvard University in Boston, haben ein chronisch-entzündliches Darmerkrankungsmodell realistischer auf dem Chip entwickelt, inklusive Schleimproduktion, Barrierefunktion, Entzündungsreaktionen, Fibrose- und Krebsentstehung. Ziel war es, wesentliche pathophysiologische Merkmale, Entzündungsmechanismen, geschlechtsspezifische Effekte und die Krebsentstehung bei chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen nachzubilden.
Patient:innen mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen leiden unter eine beeinträchtigten Darmbarrierefunktion und einer verminderten Schleimbildung. Bei ihnen kommt es zu verstärkten Entzündungen, zu einer Vermehrung von Bindegewebe (Fibrose), zudem haben sie ein erhöhtes Krebsrisiko. Bei Frauen während der Schwangerschaft verschlimmern sich die Symptome häufig. Die häufigsten Formen beim Menschen sind Morbus Crohn und Colitis ulcerosa. Sie verlaufen meist in Schüben und sind durch Entzündungen der Darmschleimhaut, Bauchschmerzen und Durchfälle gekennzeichnet.(1) Die meisten derzeitigen Behandlungen zielen auf die Kontrolle der Entzündung ab. Eine Heilung gibt es derzeit noch nicht.
Humane Darmorganoid-Modelle wurden in den letzten Jahren bereits vielfach entwickelt. Jedoch fehlten ihnen entscheidende Organfunktionen wie die Epithel-Stroma-Interaktionen, die Schleimschicht, dynamische mechanische Belastungen (Peristaltik) sowie die Immunzellinteraktionen.
In der Studie entwickelte das Team ein Colon-on-a-Chip-Modell in einem mikrofluidischen Chip auf Basis von menschlichen Kolonepithel-Organoiden und Stromafibroblasten von Patienten mit Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa sowie von gesunden Personen zum Vergleich. Die Darmmodelle wurden peristaltikähnlichen Bewegungen ausgesetzt und mit zirkulierenden Immunzellen perfundiert. Untersucht wurde auch der Einfluss von weiblichen Hormonen und Schwangerschaftshormonen.
Durch die Kombination zweier Gewebetypen von Patienten mit chronisch-entzündlicher Darmerkrankung konnten die Forscherinnen und Forscher beobachten, dass die Fibroblasten (das Stroma) die Hauptursache für zahlreiche der Symptome sind. Entzündungen und Fibrosen konnten durch Peristaltik-ähnliche Bewegungen im Modell verstärkt werden. Die Exposition gegenüber weiblichen Hormonen (Östrogen, Progesteron, Schwangerschaftshormone) erhöhte die Kryptenhöhe in beiden Modellen, verstärkte aber die Entzündung und Fibrose nur in den Chips mit erkranktem Gewebe. Bei Exposition gegenüber einem Karzinogen (N-Ethyl-N-Nitrosoharnstoff) zeigten die Chips mit erkranktem Gewebe im Gegensatz zu gesunden Chips z.B. eine verstärkte Entzündung, Genmutationen und Chromosomenduplikationen.
Die Autoren schlussfolgern, dass Das "Colon-on-a-Chip"-System in der Lage ist, viele der in vivo beobachteten gesunden und krankhaften Phänotypen des menschlichen Dickdarms zu reproduzieren, einschließlich Schleimschicht, Barrierefunktion, Entzündungsreaktionen und Fibrose. Das Modell kann zur patientenspezifischen Analyse, zur Testung neuer Therapien und zur Biomarker-Entdeckung genutzt werden.
Originalpublikation:
Özkan, A., Merry, G.E., Chou, D.B. et al. Human inflammatory bowel disease-on-a-chip for modelling disease progression, cancer initiation and sex-specific effects. Nat. Biomed. Eng (2026). https://doi.org/10.1038/s41551-026-01686-8
Weitere Informationen:
Kommentare