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    Roboter züchten aus Stammzellen dreidimensionale Mini-Organe

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    By Caspar on 30. Juli 2018 Digitale Pioniere, Digitalisierung, Forschung

    Automatisierte Herstellung von Organoiden

    Forscher an der University of Washington School of Medicine haben ein automatisiertes System entwickelt, das die schnelle Herstellung von Mini-Organen – sogenannte Organoide – aus Stammzellen ermöglicht. Organoide sind sehr kleine Gebilde, die Organen ähneln, sich vergleichbar verhalten und folglich eine wichtige Ressource in der biomedizinischen Forschung darstellen.

    „Traditionell werden Zellen für die biomedizinische Forschung in einem zweidimensionalen Medium kultiviert“, erklärt Benjamin Freedman, Professor für Medizin an der University of Washington School of Medicine und Leiter des Forschungsprojekts. Dies hat den Nachteil, dass die daraus entstehenden Zellen zu simpel sind und keine akkuraten Repräsentationen echter Zellen darstellen. In den letzten Jahren ist es jedoch gelungen, Zellen in dreidimensionalen Umgebungen wachsen zu lassen und somit komplexere Formationen zu entwickeln – die Organoide.

    Ihr Potenzial für die biomedizinische Forschung wird durch den Umstand gedämpft, dass ihre Massenproduktion momentan noch Schwierigkeiten bereitet. Diesen steuern die Forscher nun entgegen, indem es ihnen gelungen ist, die Entwicklung von Stammzellen zu Organoiden durch ein Robotersystem zu automatisieren. Ähnliche Ansätze sind bereits mit adulten Stammzellen gelungen; das Besondere an den Ergebnissen von Freedmans Forschungsgruppe ist jedoch, dass die Automatisierung der Umwandlung von Stammzellen zu Organoiden nun das erste Mal mit pluripotenten Stammzellen geglückt ist. Pluripotente Stammzellen können sich in jede Art von menschlichem Gewebe weiterentwickeln und stellen somit wichtige Forschungsobjekte dar.

    Der Roboter benötige, so Freedman, für die Vorbereitung eines Experiments, für das ein Forscher einen ganzen Tag aufwenden müsste, nur etwa 20 Minuten. Er überträgt Stammzellen auf mehrere Platten mit jeweils bis zu 384 Vertiefungen, in denen sich die Stammzellen dann über einen Zeitraum von 21 Tagen in Nierenorganoide weiterentwickeln. Jede Vertiefung enthält dabei bis zu 10 und jede Platte folglich mehrere tausend Organoide. Ferner verarbeitet und analysiert der Roboter die entwickelten Organoiden, indem er mithilfe der sogenannten RNA-Sequenzierung die verschiedenen Zellarten innerhalb der neu gebildeten Formationen ausliest.

    Ein zentraler Aspekt des automatisierten Systems, so Freedman, sei die Möglichkeit, die Prozedur an jedem beliebigen Punkt verändern zu können um zu beobachten, welche Veränderungen zu den besten Ergebnissen führen. So gelang es den Forschern beispielsweise, die Anzahl der Blutgefäßzellen in den Organoiden zu erhöhen und somit einen höheren Ähnlichkeitsgrad zwischen Nierenorganoiden und echten Nieren herbeizuführen.

    Organoide in der Medikamentenforschung

    Ein weiteres Anwendungsfeld des Systems ist die Medikamentenforschung. So entdeckten die Forscher in einem Experiment, dass das Protein Myosin möglicherweise eine Rolle bei der erblichen, weitverbreiteten polyzystischen Nierenerkrankung spielt; ein Umstand, der laut Freedman vorher nicht bekannt gewesen sei. Für das Experiment entwickelten die Wissenschaftler Organoide mit Mutationen, die eine polyzystische Nierenerkrankung auslösen und setzten diese anschließend diversen Substanzen aus. Die Krankheit führt dazu, dass kleine Röhrchen in der Niere anschwellen und dadurch Zysten bilden, die das gesunde Gewebe verdrängen. Als die Nierenorganoiden im Experiment mit der Substanz Blebbistatin in Kontakt gerieten, die das Protein Myosin blockt, erhöhte sich die Anzahl und Größe der Zysten in den Organoiden. Somit bildete sich bei den Forschern die Vermutung, dass Myosin, das eigentlich für die Muskelkontraktion zuständig ist, den Nieren beim Ausweiten und Zusammenziehen hilft, und eine Fehlfunktion des Proteins folglich zum Entstehen von Zysten führen kann. Freedman sagt über das vielversprechende Potenzial des neuen automatisierten Systems, dass es eine „Geheimwaffe in unserem Kampf gegen Krankheiten“ sei.

    Der Bericht zum Experiment erschien im Journal Cell Stem Cell, verfasst von Stefan Czerniecki, Nelly Cruz und Dr. Jennifer Harder.


    Weitere Digitale Pioniere finden Sie unter: arztundkarriere.com/digitale-pioniere
    Mehr zum Thema MedTech & Digitalisierung unter: arztundkarriere.com/medizin-digital

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    Dr. med. Alice Martin

    "Wenn ich das gewusst hätte..."
    Die Rubrik in der erfahrende Ärzt:innen aus dem Nähkästchen plaudern.


    „Je detaillierter die Beschreibung, umso besser die Diagnose!“

    „Als junge Medizinstudentin habe ich sehr häufig Hautausschläge gesehen und auch schon einmal selbst einen Ausschlag gehabt.

    Sehr erstaunlich ist, wie viele verschiedene Fotos von Hautproblemen existieren und daraus resultierend die Feststellung, wie unterschiedlich die Hautausschläge aussehen können. Durch eine sehr gute Beschreibung lässt sich das Hautproblem jedoch meistens diagnostizieren. Viele Konsile zwischen Ärztinnen und Ärzten laufen manchmal allerdings nur rein deskriptiv, beispielsweise durch Fachbegriffe, ab. Und bei einer sehr guten Beschreibung und einer kurzen Anamnese bedarf es gelegentlich sogar gar keinem Foto.

    Ich hätte mir gewünscht, im Medizinstudium einen noch stärkeren Fokus auf diese Deskription zu erhalten. Denn ich merke nun selbst, dass die Dermatologie, genau wie die Augenheilkunde, einer der Fachbereiche ist, in dem man als andere Fachdisziplin Schwierigkeiten hat und meistens nur – salopp formuliert – Kortison verwendet und erst bei ausbleibender Verbesserung einen Arzt einschaltet.“


    Dr. med. Alice Martin ist Hautärztin in Weiterbildung und Mitgründerin der Online-Hautarztpraxis dermanostic, sowie dem Online-Portal zur medizinischen Weiterbildung medi-login. Sie tritt als Speakerin im Bereich „Digital Health“ auf und ist seit 2021 als Dozentin an der FOM Hochschule tätig.

    Dr. med. Ole Martin

    "Wenn ich das gewusst hätte..."
    Die Rubrik in der erfahrende Ärzt:innen aus dem Nähkästchen plaudern.


    „Nehmt euch die Zeit und schnuppert auch in medizinische Berufe fernab des OP-Saales“

    „Ärzte dürfen keine Fehler machen!“ Wer mit Menschenleben arbeitet, kann es sich nicht erlauben, unkonzentriert zu sein, zu zögern oder gar an sich selbst zu zweifeln.
    Das ist ein Mantra, nach dem junge Mediziner:innen in der Regel leben, ja sogar leben müssen. Tagtäglich mit Krankheit, Gesundheit, Leben und Tod konfrontiert zu werden, macht eine solche Einstellung erforderlich.

    Als Arzt in einem Unternehmen zu arbeiten, bedeutet hingegen eine ganz andere Fehlerkultur: Während Fehler während einer medizinischen Behandlung auf keinen Fall passieren dürfen, gehört das „Fehler-Machen“ in der freien Wirtschaft mit dazu – und wird sogar eingefordert. Wie im alltäglichen Leben sind Fehler häufig die Grundvoraussetzung dafür, dass man lernt und über sich hinauswächst. Im Vergleich zu einer Arbeit am OP-Tisch oder im Behandlungszimmer muss im Unternehmens-Kontext viel ausprobiert und gewagt werden – seien es neue Geschäftsmodelle, verrückte Werbekampagnen oder innovative Vertriebsstrategien.

    Die beiden Fehlerkulturen könnten gegensätzlicher nicht sein. Das ist aber auch nicht schlimm! Unterschiedliche Umstände verlangen unterschiedliche Normen. Wichtig ist aber, dass man sich dieser verschiedenen Welten bewusst wird. Tut man dies nicht, läuft man Gefahr, die ärztliche Fehlerkultur auch auf andere Lebensbereiche zu übertragen.

    Was kann man also tun? Ich kann euch nur empfehlen, neben eurer ärztlichen Ausbildung auch mal ein Praktikum im nicht-ärztlichen Bereich, wie zum Beispiel in einem Unternehmen, zu machen. Dadurch habt ihr die Chance, beide Welten kennenzulernen und könnt dann eine Entscheidung treffen, für welchen Weg ihr euch entscheidet.


    Dr. med. Ole Martin hat an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Medizin studiert und anschließend an der Düsseldorfer Universitätsklinik seine Facharztausbildung für Radiologie begonnen. Schon früh wollte er sich für bessere Lösungen in der medizinischen Versorgung einsetzen. Daher baute er seit 2018 als CTO die medizinischen Online-Lernplattform medi-login auf. 2019 gründete er dann zusammen mit seiner Frau Dr. Alice Martin und dem Ärzte-Ehepaar Dr. Estefanía und Patrick Lang die Online-Hautarztpraxis dermanostic, bei der er als Geschäftsführer tätig ist.

    Uwe Michael Glatz

    "Wenn ich das gewusst hätte..."
    Die Rubrik in der erfahrende Ärzt:innen aus dem Nähkästchen plaudern.


    „Kümmert euch frühzeitig um eure Altersvorsorge und finanzielle Absicherung!“

    „Lange Zeit hatte ich selbst die Themen Absicherung, Vorsorge und Vermögensaufbau vernachlässigt. Im Berufsalltag stand die medizinische Versorgung der Patienten und die eigene Facharzt-Weiterbildung im Mittelpunkt. Ich habe mir wenig Gedanken darum gemacht, wie ich mit dem Geld, das ich tagtäglich verdiene, sinnvoll umgehe. Dass die Rente der ärztlichen Versorgungswerke im Ruhestand nicht ausreichen wird, um meinen Lebensstandard zu halten, wusste ich ebenfalls nicht.

    Vor einigen Jahren habe ich nach einer persönlichen Krise begonnen, mich in diesen Bereichen zunächst privat weiterzubilden. Diese Entwicklung habe ich dann mit einer IHK-Prüfung abgeschlossen. Heute berate und begleite ich Ärzt:innen und Angehörige anderer medizinischer Berufsgruppen in allen Finanz- und Absicherungsfragen. Mit dem Wissen von heute hätte ich bereits im Studium begonnen, eine zusätzliche private Rente aufzubauen und mich um die Absicherung meiner Arbeitskraft gekümmert. Das geht schon mit relativ kleinen Monatsbeiträgen, die je nach Karrierefortschritt weiter gesteigert werden können. Positiver Nebeneffekt: Man gewöhnt sich an die regelmäßigen Investments und passt seinen Lebensstandard mit der Zeit entsprechend an.“


    Uwe M. Glatz war jahrelang leitender Oberarzt in der Viszeralchirurgie und arbeitet jetzt als Finanzexperte für Ärzt:innen. Ihnen fehlt oftmals die Zeit, sich neben ihrer anspruchsvollen und zeitintensiven Tätigkeit noch mit Fragen der Vorsorge und Absicherung zu beschäftigen.

    Univ.-Prof. Dr. Ines Gockel

    "Wenn ich das gewusst hätte..."
    Die Rubrik in der erfahrende Ärzt:innen aus dem Nähkästchen plaudern.


    „Eignet euch Kompetenzen in Sachen Management und Führung an."

    „Meinen MBA für International Healthcare Management an der Frankfurt School of Finance and Management habe ich erst relativ spät in meinem beruflichen Werdegang absolviert, also kurz vor meinem Ruf auf die W3-Professur für Viszeralchirurgie am Universitätsklinikum Leipzig. Das MBA-Programm war beruflich und auch persönlich die wichtigste und lehrreichste Zeit in meinem Leben nach meinem Medizinstudium.

    Die erworbenen Skills und Kompetenzen wären mir sicherlich bereits viel früher zu Gute gekommen, hätte ich mich zuvor intensiver mit dieser Möglichkeit beschäftigt, die prinzipiell bereits nach zwei Jahren Berufserfahrung möglich gewesen wäre. Ich kann nur dazu raten, diese Zusatzausbildung so früh wie möglich in Betracht zu ziehen, denn Management-, Business- und Führungsthemen werden im Medizinstudium nur marginal adressiert. Diese, wie auch werteorientiertes ärztliches Handeln und wirtschaftliche Grundprinzipien, welche eng miteinander verknüpft sind, sollten aus meiner Sicht fest in das Medizinstudium implementiert werden.“


    Univ.-Prof. Dr. Ines Gockel leitet die Viszeralchirurgie am Universitätsklinikum Leipzig, AöR. Sie ist Fachärztin für Chirurgie, Viszeralchirurgie und Spezielle Viszeralchirurgie. Sie absolvierte einen MBA für International Healthcare Management an der Frankfurt School of Finance and Management.

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