Ein starker Schub für die neuromuskuläre Forschung am BG Universitätsklinikum Bergmannsheil: Die Neurologische Klinik mit dem Heimer Institut für Muskelforschung hat ein hochmodernes Laborsystem eingeführt. Damit lassen sich sogenannte Muskelorganoide herstellen: Das sind dreidimensionale Miniaturmodelle von menschlichem Muskelgewebe, die in ihrem Aufbau und ihrer Funktion echten Muskeln sehr präzise entsprechen. Mit ihnen können Forschende Krankheitsmechanismen und neue Therapien bei Muskelerkrankungen sehr realitätsnah untersuchen.

Neuromuskuläre Erkrankungen sind äußerst vielfältig, sie können sich in Muskelschwäche, Schmerzen oder Lähmungen äußern. Bei vielen Krankheitsformen sind die Entstehungsprozesse nicht bekannt, wirksame Therapien gibt es oft nicht. Die Neurologische Klinik und Poliklinik am Bergmannsheil (Direktor: Prof. Dr. Tobias Ruck) mit dem angegliederten Heimer Institut für Muskelforschung hat sich seit vielen Jahren auf die Erforschung dieser Krankheitsbilder spezialisiert. Das neue Laborsystem hebt die Forschungsmöglichkeiten am Bergmannsheil jetzt auf ein höheres Niveau.

Muskelbewegungen im Miniaturmodell messen

„Dank der neuen Ausstattung können wir kleine Gewebestücke züchten, die in ihrer Struktur und Funktion menschlichem Muskelgewebe sehr stark ähneln“, erklärt Priv.-Doz. Dr. Felix Kleefeld, Oberarzt der Neurologischen Klinik. „Anders als einfache Zellkulturen, die zweidimensional sind, haben die modernen Muskelorganoide einen dreidimensionalen Aufbau und ähneln deshalb stärker der natürlichen Struktur.“ Allerdings ist die Züchtung solcher Organoide technisch anspruchsvoll. Zunächst werden mittels einer Gewebeprobe (Muskelbiopsie) Muskelstammzellen eines menschlichen Spenders bzw. von Patientinnen oder Patienten gewonnen. Diese werden im Labor vermehrt. Anschließend werden die Zellen dreidimensional in einer gelartigen Struktur – mit einer ähnlichen Konsistenz wie Gelatine – zu etwa fünf Millimeter großen Minimuskeln (Organoiden) differenziert.

Die Besonderheit des neuen Systems ist, dass sich die Muskelorganoide zwischen zwei Stäbchen aufspannen und wie echte Muskeln Kraft aufbauen können. Diese Organoide können stimuliert werden, sodass sich das Gewebe zusammenzieht. Jeweils eines der Stäbchen eines Stäbchenpaares, zwischen denen sich das Gewebe spannt, ist magnetisch. Ein Sensor registriert selbst kleinste Bewegungen des Muskelorganoids. Aus den Messergebnissen dieser Bewegungen lassen sich sehr präzise Daten gewinnen, wie gut die künstlichen Muskeln arbeiten und wie sie auf Belastung, Medikamente oder genetische Veränderungen reagieren.

Krankheitsprozesse an menschlichem Gewebe nachvollziehen

„Mit dieser Technologie können wir Krankheitsprozesse erstmals direkt an menschlichem Gewebe nachvollziehen“, so Dr. Kleefeld. „Das eröffnet uns völlig neue Möglichkeiten, innovative Therapien zu entwickeln und ihre Wirksamkeit präzise zu testen.“ Grundsätzlich unterstützt das System auch das Konzept der personalisierten Medizin. Denn die Nutzung von Organoiden aus patienteneigenen Stammzellen erlaubt es, individuelle Krankheitsverläufe nachzubilden und maßgeschneiderte Therapieansätze zu finden. Vor allem im Kontext seltener Erkrankungen spielt dieser Ansatz eine besondere Rolle.

Die Anschaffungskosten für das Laborsystem „Mantarray“ beliefen sich auf rund 200.000 Euro. Eingesetzt wird es im Forschungslabor des Heimer Instituts für Muskelforschung an der Neurologischen Klinik des Bergmannsheils. „Die neue Ausstattung stärkt das Profil des Bergmannsheils als leistungsstarker Standort für innovative Muskelforschung mit überregionaler Strahlkraft“, freut sich Prof. Dr. Tobias Ruck, Direktor der Neurologischen Klinik am Bergmannsheil.

Bild: Die dreidimensionalen „Minimuskeln“ sind nur etwa fünf Millimeter lang. Bildnachweis: Bergmannsheil