00:00:00: Herz, Hirn, Lunge, winzig klein, es bewegt sich was, Nervenimpulse werden übertragen,

00:00:13: Blutgefäße bilden sich, Zellen teilen und differenzieren sich, Organoide.

00:00:19: Was hier klingt wie eine Szene aus einem Science-Fiction-Thriller, ist schon lange Realität

00:00:26: in der Forschung.

00:00:27: Kleine Zellhaufen in der Petrickschale, gezüchtet aus Stammzellen, haben teilweise die verschiedenen

00:00:33: Funktionen echter Organe.

00:00:35: Und damit kann man ziemlich viel erforschen.

00:00:38: Zum Beispiel, wie Organe funktionieren, wie sie sich bilden und was mit ihnen passiert,

00:00:43: wenn sie mit einem Krankheitserreger in Kontakt kommen.

00:00:45: Das macht Dr.

00:00:47: Christine Metzdorf am HZI.

00:00:48: Sie leitet zusammen mit Professor Josef Penninger die Forschungsgruppe "Innovative Organoid-Forschung".

00:00:54: Hier werden die Miniorgane gezüchtet und teilweise genetisch verändert, um dann zu

00:00:59: erforschen, wie sie auf Krankheitserreger reagieren und welche Schäden auf die Erreger selber

00:01:03: in verschiedenen Geweben anrichten, wie sich Organoide dann wieder reparieren oder dauerhaft

00:01:08: verändern.

00:01:09: Außerdem kann man daran Medikamente erforschen, wie zum Beispiel Impfstoffe.

00:01:13: Wie die Forschung an den Organoiden aussieht, darüber spreche ich jetzt mit Dr.

00:01:18: Christine Metzdorf.

00:01:19: Wie lösen Bakterien und Virenkrankheiten aus?

00:01:25: Wie wird sich unser Immunsystem dagegen?

00:01:27: Und was müssen Wirkstoffe können, um gefährliche Infektionen zu bekämpfen?

00:01:32: Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung, kurz HZI, wird nach Antworten auf diese

00:01:37: Fragen gesucht.

00:01:38: Wie diese Forschung funktioniert?

00:01:40: Wie die Ergebnisse in der Medizin genutzt werden und wer die Menschen sind, die hier

00:01:45: forschen?

00:01:46: Das hört ihr hier bei "Infect".

00:01:48: Dem Podcast des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung.

00:01:51: Ich bin Julia Deman, Biologin und Wissenschaftsjournalistin.

00:01:55: Hi!

00:01:56: Ja hallo aus der HZI Bibliothek.

00:01:59: Heute sitzt hier bei mir Dr.

00:02:01: Christine Metzdorf.

00:02:02: Hallo Christine.

00:02:03: Hallo.

00:02:04: Du forscht an Organoiden.

00:02:07: Organoidforschung, das klingt irgendwie, wenn man das erstmal so hört nach Science Fiction,

00:02:12: sind das jetzt einfach wirklich komplette Organe in winzig, winzig klein?

00:02:17: Wie groß sind die denn dann überhaupt?

00:02:19: Und seit wann geht das eigentlich, dass man die züchten kann?

00:02:21: Also man könnte wirklich meinen, dass es wie Science Fiction klingt, wenn ein Wissenschaftler

00:02:26: letztendlich komplexe Lebensformen im Labor erschafft.

00:02:29: Ganz so ist es leider nicht.

00:02:31: Organoide sind keine vollständigen Organe, sondern sie bilden letztendlich organähnliche

00:02:36: Strukturen ab.

00:02:37: Und der Begriff Organoid an sich, den gibt es schon sehr lange.

00:02:42: Er hat sich aber stark gewandelt, auch mit seiner Bedeutung.

00:02:45: Man hat früher, so in den 1940er Jahren eher gesagt, ein Organoid ist alles an Gewebsmasse

00:02:51: und an Tumormasse, die isoliert wurde.

00:02:55: Später ging es eher um 3D-Zellkulturen und den Begriff so, wie wir ihn heute kennen und

00:03:01: auch eher als Verständnis, was ein Organoid ist.

00:03:04: Das gibt es tatsächlich erst so seit 2009.

00:03:06: Da ist es nämlich den Wissenschaftlern dann gelungen, wenn sie Stammzellen aus dem Darm

00:03:12: wieder isoliert haben, dass sie im Labor gesehen haben, dass diese Stammzellen wieder

00:03:17: 3D-ähnliche Strukturen bilden und so kleine Minidärme entstehen, die tatsächlich den Strukturen

00:03:23: eines Darmes ähneln.

00:03:24: Und ab 2014 war es dann auch wirklich möglich und da gab es dann einen Auftakt, dass viele

00:03:30: Organoid-Protokolle entstanden sind für viele verschiedene Organe und man dafür menschliche

00:03:36: Stammzellen genutzt hat.

00:03:37: Und dementsprechend unterscheiden die sich auch in der Größe, je nachdem was man für

00:03:42: ein Organoid produziert, um mal so ein Beispiel zu haben, so ein Herzorganoid, das sieht man

00:03:48: gerade so mit dem bloßen Auge an.

00:03:50: Ach krass.

00:03:51: Also da reden wir von dem Gehirn einer Fruchtfliege von der Größe.

00:03:55: Und witzigerweise ist unser Gehirnorganoid, was wir herstellen können, eher von der Größe

00:04:00: von der gesamten Fruchtfliege.

00:04:01: Also da reden wir wirklich über 1-2 Millimeter.

00:04:03: Ach, das ist ja, das ist ja interessant.

00:04:06: Das heißt, das kann man auch wirklich nur unter Mikroskop auch wirklich richtig gut

00:04:09: sich angucken.

00:04:10: Sieht das dann auch so ein bisschen aus wie so ein Gehirn oder wie so ein Herz?

00:04:15: Das sind Sozellhaufen und man kann auch mit dem Auge verschiedene Strukturen erkennen.

00:04:19: Ja.

00:04:20: Krass.

00:04:21: Du hast jetzt gerade schon mal zwei Organe oder eigentlich drei Organe genannt, den Darm,

00:04:25: das Hirn, das Herz.

00:04:26: Geht es mit allen Organen prinzipiell oder was könnt ihr so im Labor, welche Organe

00:04:31: könnt ihr da so machen?

00:04:32: Also es ist nicht möglich, Organoide für alle Organe mit der gleichen Genauigkeit und Funktionalität

00:04:38: letztendlich nachzubauen, weil wenn man sich so einen Menschen vorstellt, der ist sehr

00:04:43: komplex.

00:04:44: Die Organe sind komplex, das Zusammenspiel ist wichtig.

00:04:47: Was man machen kann, ist bestimmte Strukturen.

00:04:50: Also wir reden zum Beispiel von einem Darm, der hat in seiner unterschiedlichen Länge auch

00:04:56: unterschiedliche Aufgaben, dünnendarm, dickdarm.

00:04:58: Und wir können dann einen Teil darstellen.

00:05:01: Wir können zum Beispiel Organoide machen, was eher dem Dünn darm ähnelt oder eher

00:05:05: dem dickdarm letztendlich.

00:05:06: Und dafür müssen die Zählen natürlich Zugriff haben auf die komplette Bauinformationen für

00:05:12: diese Zählen, die sie dann abbilden können und wollen.

00:05:16: Und wir nutzen dafür gerne das nennt man pluripotente Stammzählen, also Zählen, die noch alle

00:05:23: Informationen haben, sind sich in viele, viele oder fast alle Zählschypen teilen können.

00:05:28: Und wie wir das machen, ist, dass wir diesen Zählen, die noch die Informationen haben,

00:05:32: sich in alles Mögliche zu teilen, gewisse Wachstumsfaktoren zu geben.

00:05:36: Also wir drücken sie in eine gewisse Entwicklung rein, dass sie einen Organ oder eine Organstruktur

00:05:41: bilden.

00:05:42: Und bei uns im Labor läuft das Ganze automatisiert ab.

00:05:45: Wir haben dafür eine automatisierte Zählkultur, das ist ein kleiner, kein kleiner, es ist

00:05:50: ein großer Roboter, der bei uns liebevoll Molly genannt wird, weil sie Bestandteil

00:05:56: unseres Labors ist und die Arbeit 24/7 durchzieht.

00:06:00: Und Molly als Zähkulturroboter hat den großen Vorteil, dass sie einen Hochdurchsatz produzieren

00:06:06: kann.

00:06:07: Wir sparen dadurch viele Kosten aufgrund der Skalierung und sie arbeitet natürlich genau.

00:06:12: Und diese Vergleichbarkeit, gerade bei den Organoiden, wenn man sich denkt, diese Zählhaufen

00:06:17: müssen immer die gleichen Wachstumsfaktoren haben, der ist essentiell, wenn man darüber

00:06:22: nachdenkt, dass wir sie in der zum Beispiel infizieren wollen und die Readouts miteinander

00:06:25: vergleichen.

00:06:26: Jetzt hast du gerade schon zum nächsten übergeleitet, was erforscht ihr eigentlich daran?

00:06:31: Also, ihr infiziert die kleinen Organoide dann mit Krankheitserregern?

00:06:35: Genau, wir sind natürlich gerade an Infektionskrankheiten interessiert.

00:06:40: Wir sind nicht zwangsläufig festgelegt auf bestimmte Pathogenen, weil Viren oder Bakterien

00:06:47: haben verschiedene Zielstrukturen.

00:06:51: Also entweder die Lunge oder den Down zum Beispiel.

00:06:54: Und das HZi hier im Braunschweig als JuntHot bietet natürlich die Möglichkeit des S3-Labors.

00:07:00: Also wir haben die Möglichkeit mit Viren und Bakterien wie M-Pox oder SARS-CoV-2 oder

00:07:06: Mykobakterium-Typacolots zu arbeiten, die der Sicherheitsstufe 3 angehören.

00:07:09: Und die Organoide, durch ihre Möglichkeit, dass man sie lange kultivieren kann, letztendlich

00:07:18: kann man die Infektionsverläufe und Behandlungsmöglichkeiten sich einfach anschauen auf menschlichen

00:07:24: Gewebe.

00:07:25: Spannend.

00:07:26: Eure Abteilung gibt es ja jetzt noch gar nicht so lange, aber wie lange hat das denn gedauert,

00:07:31: bis es so überhaupt möglich war, die richtigen oder wann hatte dir die richtigen Laborbedingungen,

00:07:39: dass ihr wirklich diese Organoide dann züchten konntet?

00:07:41: Die ersten Organoide haben wir tatsächlich erst im letzten Jahr im August an die Kollaborationspartner

00:07:47: geben können.

00:07:48: Das hat natürlich damit zu tun, dass Organoide sehr anspruchsvoll sind.

00:07:52: Auch das Züchten aus den Stammzellen erfordert viel Wissen und wir hatten das Glück, gute

00:07:59: Leute zu rekrutieren, die dieses Know-how schon mitbringen, bis aber die ganzen Routinen gestanden

00:08:05: haben und auch Molly einsatzbereit waren als Zähkulturroboter.

00:08:09: Das hat eine Weile gedauert.

00:08:12: Aber warum ist das jetzt so wichtig für die Forschung?

00:08:15: Also gibt es da oder welche Vorteile gibt es dadurch gegenüber, ich sage jetzt auch mal

00:08:20: in einem anderen Modellsystem, die es ja schon gibt, Tierversuche oder eben Zellkulturen,

00:08:24: wie man sie schon kennt.

00:08:25: Was ist das Besondere an den Organoiden?

00:08:27: In den Organoiden können wir wirklich die Struktur sehen aufgrund von verschiedenen

00:08:32: Zelltypen und dadurch, dass sie in 3D wachsen, also auch übereinander, haben die räumlichen

00:08:39: Nähe und aufgrund der räumlichen Nähe und der Verschiedenartigkeit der Zellen sind die

00:08:46: Signalwege wesentlich physiologischer.

00:08:49: Das heißt, die haben verbesserte Stoffwechselvorgänge zum Beispiel.

00:08:52: Und sie haben den Vorteil, gerade wenn wir sie aus menschlichen Stammzellen machen, dass

00:08:58: wir uns Behandlungsmethoden auf menschlichen Gewebe anschauen können.

00:09:02: Und sie leben länger.

00:09:05: Dadurch, dass sie in dieser 3D-Struktur sind, können wir sie viel länger in Kultur halten

00:09:09: und wenn wir ein Herz zum Beispiel infizieren, dann können wir uns bei menschlichen Stammzellen

00:09:17: oder bei dem Herz, was aus den menschlichen Stammzellen existiert, den Verlauf der Infektionen

00:09:21: angucken, Behandlungen angucken und auch sehen, was diese Infektion macht und wie lange sie

00:09:27: andauert letztendlich.

00:09:28: Wir haben auch die Möglichkeit, Organoide aus Patientenmaterialien zu machen.

00:09:34: Und gerade wenn wir über genetische Erkrankungen nachdenken, so kleine

00:09:39: Strukturen nachzubilden, die einfach den Menschen ähneln und die individualisierte Medizin

00:09:44: letztendlich reinzugehen.

00:09:45: Damit bieten sie generell das Potenzial, Tierversuche zu reduzieren.

00:09:51: Wir dürfen aber nicht vergessen, dass es halt keine komplexen Organe sind und dass uns

00:09:57: ein Immunsystem fehlt, zum Beispiel.

00:09:59: Und generell Organoide immer ein sehr frühes Entwicklungsstadium eines Organabbilds.

00:10:06: Aber es ist schon einfach deutlich realitätsnäher als jetzt eben eine Zellkultur und es ist eben

00:10:11: nicht eine Maus, sondern es sind menschliche Zellen.

00:10:14: Also so ein Zwischending irgendwie, das ist das Vorstellend.

00:10:18: Spannend.

00:10:19: Arbeiten denn auch andere Forschungsgruppen, am HZI oder sogar auch an anderen Forschungsinstitutionen,

00:10:25: Forschungseinrichtungen mit euren Organoiden?

00:10:27: Ja, auch am HZI setzen viele Forschungsgruppen zunehmend auf die Organoide durch die Vorteile

00:10:34: der Langlebigkeit unterschiedliches Zelltypen, menschliches Gewebe.

00:10:39: Wir haben am HZI generell auch viele Kollaborationen mit anderen Forschungsgruppen.

00:10:48: Das basiert auch darauf, weil die Forschungsgruppen lange schon an ihren Themen arbeiten.

00:10:54: Das heißt, die wissen genau, welche Zellen brauche ich eigentlich, welche Signalwege

00:10:59: müssen vorhanden sein und Rezeptoren für die Infektion, die wir eigentlich machen möchten.

00:11:03: Und dieses Know-how, was wir halt auch brauchen, das können wir umsetzen und zwar in einem

00:11:10: großen Maßstab.

00:11:11: Von den Kollaborationen profitieren wir enorm und unser Ziel ist natürlich, die Organoide

00:11:18: dann für diese Forschungsprojekte auch zur Verfügung zu stellen.

00:11:21: Also was ist so dein großes Ziel oder was möchtest du mit dieser Organoid, mit den Organoiden

00:11:27: erreichen?

00:11:28: Das Projekt wurde vom Bundesministerium für Forschung letztendlich finanziert mit auch

00:11:35: dem Gedanken dahinter, der von Josef's Visionen kam, eine innovative Organoid-Plattform aufzubauen

00:11:42: für die Infektionsforschung, sodass diese Organoide vielen Forschungsprojekten einfach

00:11:48: helfen können, ihre Ziele zu erreichen.

00:11:50: Und dementsprechend ist unser Ziel, dass wir auch mit dem Wissen anderer Forschungsgruppen

00:11:56: unsere Organoide weiterentwickeln können, komplexer machen können und nutzbar machen

00:12:01: können, um die Ziele für auch neue Behandlungsmethoden zu erreichen.

00:12:05: Du hast gerade eben schon gesagt, die Josef, Josef Penninger, der wissenschaftliche Leiter

00:12:09: des HZI, leitet ja auch Forschungsgruppen in Österreich und in Kanada.

00:12:14: Wie, wie viel bringt er denn da ein und wie häufig kannst du dich auch mit ihm austauschen?

00:12:20: Die komplette Vision für auch die Organoid-Plattform, die ein Teil ist, die sich alles eingliedert

00:12:27: in diese Untersuchung der Resilienzmechanismen, die kamen mit Josef überhaupt erst ans HZI.

00:12:33: Und dadurch, dass er dieses große Netzwerk hat und auch die Erfahrung hat, die er mitbringt,

00:12:42: ist das überhaupt erst möglich, so eine Organoid-Plattform aufzubauen.

00:12:45: Und seine beiden Abteilungen in Kanada und in Wien haben in den letzten Jahren sehr wertvoll

00:12:51: und beeindruckende Ergebnisse schon geliefert, genau in dem Feld.

00:12:55: Und wir haben da regelmäßige Laboraustausche, Umhalt von diesem Wissen austauscht.

00:13:01: Das heißt, der Austausch funktioniert ziemlich gut und eben nicht nur mit Josef, sondern

00:13:04: insgesamt auch mit den anderen Forschungsgruppen.

00:13:07: Und da profitiert man ja dann enorm voll, wenn ich das richtig verstanden habe.

00:13:10: Auf jeden Fall.

00:13:11: Wie bist du denn eigentlich zur Organoid-Forschung gekommen?

00:13:15: Ich komme eigentlich aus der Neurobiologie und habe mich viel auch mit der Kommunikation

00:13:21: von Nervenzellen beschäftigt mit Aktivitätsmessungen und bin in der Zeit von der Corona-Pandemie

00:13:30: letztendlich in die Infektionsforschung gekommen.

00:13:32: Und die Organoid-Forschung bietet mir die Möglichkeit, beides zusammenzubringen.

00:13:38: Ich kann mir sozusagen Infektionen angucken und gleichzeitig sehen, wie die Zähnen

00:13:42: reagieren unter den Infektionen.

00:13:44: Und letztendlich hat mir Josef die Chance gegeben, an seiner Vision mit teilzunehmen

00:13:51: und ich habe sie ergriffen.

00:13:52: Und wie ist das so bei dir?

00:13:54: Siehst du diese Vision, also teilst du die Visionen auch, die er so hat?

00:13:58: Auf alle Fälle, sonst würde ich das nicht mit so einer Leidenschaft machen.

00:14:02: Wo siehst du denn, ich sage mal, die Organoid- oder eure Forschung auch in, nehmen wir mal

00:14:08: einen Horizont von fünf Jahren.

00:14:10: Ein Horizont von fünf Jahren.

00:14:12: Oder hast du das so kurz gedacht?

00:14:13: Ich hoffe natürlich, es ist auf gar keinen Fall zu kurz gedacht.

00:14:17: In fünf Jahren hoffe ich, dass wir für sehr, sehr viele unterschiedliche Strukturen viele

00:14:24: Organoid produzieren können, um damit Forschungsprojekte zu bereichern.

00:14:28: Ich hoffe natürlich auch, dass wir unsere eigenen Fusionsforschung vorantreiben können.

00:14:32: Und dass wir über Kollaborationen und über auch das Wissen, wie Organoide noch besser

00:14:42: gemacht werden können, auch selber wachsen und die Strukturen komplexer machen können

00:14:47: und auch für neue Bereiche erschließen.

00:14:49: Ja, wir haben jetzt über die Forschungsvisionen vor allem gesprochen.

00:14:53: Wenn wir jetzt mal so gucken, was könnte das auch in Zukunft für einen gesamtgesellschaftlichen

00:14:59: Kontext bedeuten?

00:15:00: Was könnt ihr erforschen oder was könnt ihr vielleicht auch künftig erforschen an den

00:15:04: Organoiden?

00:15:05: Also, was wir ganz spannend finden, ist, dass wir elektrische Aktivitäten von den Organoiden

00:15:10: ableiten können.

00:15:11: Das heißt, vereinfacht gesagt können wir EKGs schreiben von den kleinen Minihärzen, die

00:15:18: wir da produzieren.

00:15:19: Krass.

00:15:20: Und in dem Fall ist es nicht so, dass die Elektroden an den Patienten angeschlossen werden,

00:15:24: sondern dass die Organoide auf einen Chip gelegt werden, der aus Elektroden besteht.

00:15:29: Und wir dann jedes Mal, wenn die Herzmuskeln kontrahieren, diese elektrischen Ableitungen

00:15:36: messen können.

00:15:37: Und gerade im Kontext von Infektionen bietet das natürlich gute Möglichkeiten, weil wir

00:15:43: uns nach, die geben, weil es zum Beispiel SARS-CoV-2-Infektionen uns angucken können,

00:15:49: wie verhindert sich der Muskeltonus?

00:15:51: Wie lange hält das an und wie reagiert das Herz generell in seiner physiologischen

00:15:59: Nichtgesamtheit oder als Organoide da drauf?

00:16:03: Und das heißt, wäre es denkbar so was auch wirklich irgendwie mit der Klinik zu verknüpfen

00:16:11: in ein paar Jahren oder?

00:16:13: Das große Potenzial ist, dass man Organoide auch aus Patientenmaterialien herstellen kann.

00:16:18: Das heißt, auch hier können wir Zellen des Patienten reprogrammieren.

00:16:24: Also wir können sie dazu bringen, wieder auf ihre gesamte Bauernleitung Zugriff zu

00:16:29: haben, sodass man sie wieder durch diese Wachstumsfaktoren dazu bringt, unterschiedliche Organstrukturen

00:16:33: zu bilden.

00:16:34: Und dementsprechend auch hier können wir uns diese Mini-EKGs oder auch von Gehirn-Egoren

00:16:42: zu den Mini-EGGs letztendlich angucken im Kontext von genetischen Erkrankungen zum Beispiel.

00:16:49: Und vielleicht auch individuelle Behandlungsmethoden finden in dem Bereich translationale Forschung

00:16:57: gehen damit.

00:16:58: Spannend, wirklich sehr, sehr spannend.

00:17:00: Kannst du nochmal so zusammenfassen, was treibt dich an bei dieser Forschung?

00:17:06: Die Organoide bieten eine gute Möglichkeit, generell wird Patogen Interaktion sich anzugucken,

00:17:14: zu verstehen, wie die Infektionen funktionieren.

00:17:18: Sie haben den Nachteil, dass sie kein intaktes Immunsystem haben.

00:17:22: Das heißt, wir sind da in einer vielmechanistischeren Situation drin und sich anzuschauen, wie

00:17:34: diese kleinen Strukturen auf die unterschiedlichen Patogen reagieren.

00:17:38: Was an Behandlungsmöglichkeiten möglich ist, setzt man eher an den Zellen, an individualisiert

00:17:43: als individuierte personelle Medizin oder eher im Bereich der Bakterien und der Viren.

00:17:49: Das finde ich schon sehr spannend.

00:17:51: Eine Frage noch, bevor ich zum Ende komme.

00:17:53: Gibt es auch spezielle Erreger mit denen ihr Forschung?

00:17:55: Da sagt ihr, wir nehmen erstmal alles, was wir sowieso hier in den Datenbanken haben.

00:17:59: Das Wichtige sind eben, ist die Organoidforschung weiterzubringen.

00:18:03: Mein eigener Wohl für den Bereich sind eher die Viren als die Bakterien.

00:18:08: Aber wir arbeiten zum Beispiel auch mit Bakterien.

00:18:12: In dem Fall ist es Mikrobakterium-Tuberkulose, mit dem wir jetzt starten.

00:18:16: Womit wir jetzt gestartet haben, ist SARS-CoV-2 und auch Eddes-Empox-Virus.

00:18:24: Ich finde das super spannend.

00:18:25: Diese Vorstellung, dass er das kleine, man kann es ja eigentlich gar nicht mehr Zellhaufen

00:18:31: nennen.

00:18:32: Es gibt schon organähnliche Strukturen, dass du dir die anguckst, unter Mikroskop und guckst,

00:18:37: was die machen, wie die reagieren auf Krankheitsreger.

00:18:39: Das finde ich wirklich sehr, sehr spannend.

00:18:41: Vielen Dank für den Einblick.

00:18:42: Danke, dass ich hier sein lovte.

00:18:46: InFact ist ein Podcast der Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH Braunschweig.

00:18:51: Produziert von TVN Corporate Media, Creative Producer Rolf Rosenstock.

00:18:56: Ich bin Julia Deman und das war die vierte Folge unserer zweiten Staffel.

00:19:01: In der fünften Folge spreche ich mit Dr.

00:19:03: Dr.

00:19:04: Theresa Grahlmann über ihre Forschung zu Autoimmunerkrankungen.

00:19:07: [Musik]

00:19:11: [Musik]

00:19:14: [MUSIK]

00:19:16: Lachen

00:19:17: Hier ist es.