Organoid

Ein Organoid ist ein sehr kleines Gewebestück, das im Labor aus lebenden Zellen heranwächst. Es ist meist nur so groß wie ein Stecknadelkopf, manchmal ein paar Millimeter. Im Inneren ordnen sich die Zellen ähnlich an wie in einem echten Organ, etwa im Darm, in der Leber oder im Gehirn. Deshalb spricht man umgangssprachlich auch von Mini-Organen. Ein Organoid ist aber kein funktionierendes Ersatzorgan: Es hat keine Blutgefäße, keine Nerven zum restlichen Körper und kann niemanden am Leben halten. Es ist ein Modell, also eine vereinfachte Nachbildung, an der man etwas beobachten kann.

Was Mini-Organe der Medizin bringen

Bisher testet man neue Medikamente in drei Schritten. Zuerst an Zellen in einer flachen Schale, dann an Tieren, danach an Menschen. Jeder dieser Schritte hat Schwächen. Flach gewachsene Zellen verhalten sich anders als Gewebe im Körper. Und eine Maus ist kein Mensch, ihr Stoffwechsel reagiert oft völlig anders auf einen Wirkstoff.

Organoide schließen diese Lücke ein Stück weit. Sie bestehen aus menschlichen Zellen und sind dreidimensional aufgebaut. Ein Lebertumor-Organoid reagiert auf ein Krebsmedikament ähnlicher wie ein echter Tumor als eine Zellschicht in der Schale. Das spart Zeit und senkt die Zahl der Tierversuche. Rund neun von zehn Medikamenten fallen in klinischen Studien am Menschen durch, obwohl sie im Tierversuch funktioniert haben. Bessere Modelle könnten diese Quote verbessern.

Dazu kommt ein Punkt, der die Medizin persönlich macht. Man kann Organoide aus den Zellen eines einzelnen Patienten züchten. An diesen Miniaturen lässt sich ausprobieren, welches von fünf Medikamenten bei genau diesem Menschen wirkt. Bei der Erbkrankheit Mukoviszidose wird das bereits angewendet.

Von der Stammzelle zum Gewebeklumpen

Am Anfang steht immer eine Stammzelle. Das ist eine Zelle, die sich noch in verschiedene Zelltypen verwandeln kann, etwa in eine Darmzelle oder eine Nervenzelle. Solche Zellen gewinnt man aus einer Gewebeprobe. Man kann auch gewöhnliche Hautzellen im Labor chemisch in einen stammzellähnlichen Zustand zurückversetzen.

Diese Zellen legt man in ein weiches Gel, das dem Bindegewebe im Körper ähnelt. Das Gel gibt Halt, damit die Zellen nicht flach auseinanderlaufen. Dann gibt man Signalstoffe dazu, sogenannte Wachstumsfaktoren. Sie wirken wie Anweisungen: Werde eine Darmzelle, teile dich, wandere nach außen.

Der entscheidende Punkt ist, dass niemand die Struktur baut. Die Zellen organisieren sich selbst. Sie kennen aus der Embryonalentwicklung gewissermaßen den Bauplan und formen von allein Falten, Hohlräume und Schichten. Nach einigen Wochen liegt ein Klümpchen im Gel, das unter dem Mikroskop erstaunlich echt aussieht. Genau darin liegt aber auch die Schwäche: Jedes Organoid wächst etwas anders, die Ergebnisse schwanken.

Organoide in Forschung, Wirtschaft und Schlagzeilen

In den Nachrichten tauchen Organoide meist in drei Zusammenhängen auf. Erstens bei Krebsforschung und personalisierter Therapie. Zweitens bei der Debatte um Tierversuche, denn Behörden wie die US-Arzneimittelbehörde erlauben inzwischen ausdrücklich auch andere Testverfahren. Drittens bei Hirnorganoiden, die ethische Fragen aufwerfen.

Hirnorganoide sind kleine Zellkugeln aus Nervenzellen, die messbare elektrische Signale aussenden. Manche Firmen koppeln sie an Elektroden und nennen das biologisches Rechnen. Wichtig ist die Einordnung: Solche Kügelchen haben wenige Millionen Zellen, ein menschliches Gehirn hat rund 86 Milliarden Nervenzellen. Von Bewusstsein ist das sehr weit entfernt, auch wenn Schlagzeilen das manchmal anders klingen lassen.

Wirtschaftlich ist das Feld interessant, weil hier Biotechnologie und Künstliche Intelligenz zusammentreffen. Aus tausenden Organoiden entstehen riesige Mengen Mikroskopbilder. Software erkennt darin automatisch, welche Probe auf einen Wirkstoff reagiert. Mehrere junge Unternehmen verkaufen genau diese Kombination aus Mini-Organen und automatischer Bildauswertung an Pharmakonzerne.