Forscher stellen im Labor Nierengewebe aus Stammzellen her

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Montag, 12. Februar 2018

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Manchester – Britischen Forschern ist es gelungen, aus menschlichen Stammzellen in Zellkulturen funktionelles Nierengewebe herzustellen, das nach der Implantation bei Mäusen begann, Urin zu produzieren. Die in Stem Cell Reports (2018; doi: 10.1016/j.stemcr.2018.01.008) vorgestellten Ergebnisse lassen sich vorerst nicht in der Klinik nutzen, könnten aber für die Erforschung von Nierenerkrankungen nützlich sein.

Die Nephrone, von denen jede Niere mehr als eine Million enthält, sind die funk­tionellen Einheiten der Niere. Sie bestehen aus den Glomeruli, in denen das Blut filtriert wird, den Tubuli, die aus dem Primärharn alle lebenswichtigen Substanzen zurückholen (und einige nicht benötigte Substanzen hinzugefügen) und den Sammel­rohren, die den Endharn dem Nierenbecken zuführen.

Dieses komplizierte Organ im Reagenzglas aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) „nachzubauen“, erscheint verwegen. Doch in der Natur entstehen die Nephrone ebenfalls aus einzelnen Stammzellen. Sie sind auf der Seite der Glomeruli mit dem Blutkreislauf und auf der Seite der Sammelrohren mit den harnableitenden Wege verbunden.

Ein Team um Susan Kimber von der Universität Manchester hat die embryonale Entwicklung jetzt im Labor und in einem anschließenden Tierexperiment nachgestellt. Zunächst wurden die Zellkulturen mit bestimmten Signalmolekülen zusammen­gebracht. Dies führte innerhalb von zwölf Tagen zur Bildung von rudimentären Nephronen mit Bowman-Kapsel, proximalem und distalem Tubulus sowie einer Henle-Schleife und Sammelrohren. Ein Gel in dem Nährmedium gab den Nephronen den entsprechenden Halt.

In der zweiten Phase wurden die Nephrone dann Mäusen unter die Haut transplantiert. Dies hatte zur Folge, dass kleine Blutgefäße Kontakt mit den Glomeruli aufnahmen. In etwa 12 Wochen bildete sich in der Bowman-Kapsel ein feines Knäuel aus gefensterten Kapillaren, die von einer Basalmembran umgeben waren. Auf der anderen Seite der Basalmembran entstanden die für den Nierenfilter typischen Podozyten.

Durch Injektion von fluoreszierendem Dextran konnten die Forscher zeigen, dass die Glomeruli in der Lage waren, Substanzen aus dem Blut zu filtrieren und über die Tubuli an die Sammelkanäle weiterzuleiten.

Die Filtrationsleistung der Implantate war natürlich minimal, gemessen an der normalen Nierenfunktion. Beim Menschen werden 20 Prozent des vom Herzen gepumpten Blutes durch die Nieren geleitet. Dabei werden pro Minute 120 ml Primärharn gebildet, der zu 99 Prozent in den Tubulusepithelien reabsorbiert wird, so dass pro Tag etwa 1,8 Liter Endharn ausgeschieden werden.

Die implantieren Nephrone konnten unter der Haut der Mäuse keinen Kontakt zu den harnableitenden Wegen aufnehmen, so dass sie derzeit nicht in der Lage wären, die Funktion der Niere zu übernehmen. Kimber könnte sich allerdings vorstellen, dass es bei einer Injektion der in-vitro-Nephrone in die Nieren erkrankter Menschen zu einer Erholung der Nierenfunktion kommen könnte. Erste Anwendungsmöglichkeiten könnten sich auch in der Forschung ergeben, um die Ursache von Nierenerkrankungen zu erkunden oder nach neuen Medikamenten zu suchen. © rme/aerzteblatt.de