Überbrückung der Kluft zwischen dreidimensionalen Kulturen und Tiermodellen

Tiermodelle für bestimmte Krankheiten erfordern eine vorherige Kenntnis darüber, ob es sich um die ursächliche oder eine genetische Erkrankung handelt. Sie entstehen durch die Anwendung schädlicher Bedingungen bei Tieren bzw. durch Manipulation der an einer bestimmten Erkrankung beteiligten Gene, wohingegen dreidimensionale Modelle direkt von betroffenen Patienten erstellt werden können, ohne dass vorher die verantwortlichen Gene bekannt sind. (1,2).

Vorteile von 3D-Kulturmodellen

Aus menschlichen Geweben entwickelte 3D-Zellkulturmodelle haben gegenüber Tiermodellen mehrere Vorteile: Sie liefern schnellere und aussagekräftigere Ergebnisse, sind leichter zugänglich und bieten im Vergleich zu herkömmlichen Tiermodellen sowohl eine genauere als auch umfassendere Darstellung menschlicher Gewebe . Aufgrund ihrer Ähnlichkeit mit menschlichen Systemen werden Mausmodelle häufig zur Erforschung und Untersuchung der menschlichen Biologie und zur Untersuchung von Krankheiten eingesetzt. Die Generierung transgener Mausmodelle zur Beantwortung von Fragen zu menschlichen Krankheiten nimmt jedoch im Allgemeinen mehr als ein Jahr in Anspruch, selbst mit der Technologie der CRISPR-Cas 9-vermittelten Genomeditierungstechnologie (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). (3)

Vom Menschen abgeleitete 3D-Kultur

Von menschlichen Stammzellen abgeleiteten 3D-Kulturen wird allgemein erwartet, dass sie die Lücke zwischen Tiermodellen und Menschen schließen, da das Ausgangsmaterial für die Kultur von einem Menschen stammt. Auch die Etablierung der Forschungsplattform dauert bei 3D-Modellen schneller als bei Tiermodellen, da menschliche 3D-Kulturen innerhalb weniger Wochen oder Monate mit hohen Erfolgsraten etabliert werden können, was den Einsatz von patienteneigenen 3D-Kulturen unterstützt personalisierte Medizin zur Bereitstellung robuster personalisierter Daten, einschließlich der Arzneimittelreaktionen und individueller Mutationsprofile (4).

REFERENZEN:

1. Howell, KJ et al. DNA-Methylierungs- und Transkriptionsmuster in Darmepithelzellen von pädiatrischen Patienten mit entzündlichen Darmerkrankungen differenzieren Krankheitssubtypen und stehen im Zusammenhang mit dem Ausgang. Gastroenterology 154, 585–598 (2018).

2. Drost, J. & Clevers, H. Organoide in der Krebsforschung. Nat. Rev. Cancer 18, 407–418 (2018).

3. Yang, H. et al. Einstufige Generierung von Mäusen, die Reporter- und bedingte Allele tragen, durch CRISPR/Cas-vermittelte Genomtechnik. Zelle 154, 1370–1379 (2013).

4. Lancaster, MA & Huch, M. Krankheitsmodellierung in menschlichen Organoiden. Dis. Modell Mech. 12, dmm039347 (2019).