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Sep 01, 2023

Winzige künstliche Organe könnten das Geheimnis der Menstruation lüften

Forscher nutzen Organoide, um einen der mysteriösesten – und wundersamsten – Prozesse im menschlichen Körper zu entschlüsseln. In der Mitte der Laborschale befand sich ein subtiler weißer Film, der nur zu sehen war

Forscher nutzen Organoide, um einen der mysteriösesten – und wundersamsten – Prozesse im menschlichen Körper zu entschlüsseln.

In der Mitte der Laborschale befand sich ein subtiler weißer Film, der nur sichtbar war, wenn das Licht richtig einfiel. Ayse Nihan Kilinc, eine Reproduktionsbiologin, hielt die Schale unter das Mikroskop und auf dem angeschlossenen Bildschirm erschien ein Bild. Als sie das Mikroskop fokussierte, löste sich der Film in Ansammlungen tröpfchenartiger Kugeln mit durchscheinendem Inneren und dünnen schwarzen Rändern auf. In dieser vergrößerten Ansicht reichten die Größen der Strukturen von einem Viertel bis zu der Größe eines Golfballs. In Wirklichkeit war jedes nur so groß wie ein paar Sandkörner.

„Sie wachsen“, sagte Kilinc und stellte fest, dass ihre rundlichen Formen ein vielversprechendes Zeichen seien. „Das sind gute Organoide.“

Kilinc, die im Labor der Bioingenieurin Linda Griffith am MIT arbeitet, gehört zu einer kleinen Gruppe von Wissenschaftlern, die neue Werkzeuge wie Miniaturorgane nutzen, um einen kaum verstandenen – und häufig problematischen – Teil der menschlichen Physiologie zu untersuchen: die Menstruation. Mindestens ein Drittel der Menschen, die irgendwann in ihrem Leben eine Menstruation haben, leiden unter heftigen, manchmal kräftezehrenden Perioden, was dazu führt, dass einige jedes Jahr wochenlang zur Arbeit oder zur Schule gehen und ihre berufliche Stellung gefährden. Anämie bedroht etwa zwei Drittel der Menschen mit starker Regelblutung. Und wenn Menstruationsblut durch die Eileiter in die Körperhöhle fließt, kann es manchmal zu schmerzhaften Läsionen kommen – charakteristisch für eine Krankheit namens Endometriose, deren Kontrolle mehrere Operationen erfordern kann.

Niemand ist sich ganz sicher, wie – oder warum – der menschliche Körper diesen monatlichen Tanz der Geburt, Reifung und des Todes der Zellen choreografiert. Viele Menschen brauchen dringend Behandlungen, um ihre Periode besser beherrschbar zu machen, aber es ist für Wissenschaftler schwierig, Medikamente zu entwickeln, ohne zu verstehen, wie die Menstruation wirklich funktioniert.

Dieses Verständnis könnte dank Endometrium-Organoiden in Arbeit sein – biomedizinische Werkzeuge, die aus Teilen des Gewebes hergestellt werden, das die Gebärmutter auskleidet, dem sogenannten Endometrium. Um endometriale Organoide herzustellen, sammeln Wissenschaftler Zellen von einem menschlichen Freiwilligen und lassen diese Zellen sich in Laborschalen selbst organisieren, wo sie sich zu Miniaturversionen des Gewebes entwickeln, aus dem sie stammen. Die Forschung steckt noch in den Kinderschuhen. Aber Organoide haben bereits Erkenntnisse darüber geliefert, wie Endometriumzellen kommunizieren und koordinieren und warum die Menstruation für manche Menschen zur Routine und für andere voller Belastungen wird. Einige Forscher hoffen, dass diese ersten Ergebnisse den Beginn einer neuen Ära markieren. „Ich denke, es wird die Art und Weise, wie wir über reproduktive Gesundheit denken, revolutionieren“, sagt Juan Gnecco, Reproduktionsingenieur an der Tufts University.

Im Tierreich kommt die Periode selten vor. Der menschliche Körper durchläuft den Menstruationszyklus, um die Gebärmutter auf die Aufnahme eines Fötus vorzubereiten, unabhängig davon, ob ein Fötus wahrscheinlich ist oder nicht. Im Gegensatz dazu bereiten die meisten Tiere die Gebärmutter erst vor, wenn bereits ein Fötus vorhanden ist.

Dieser Zyklus ist ein ständiges Muster von Verletzungen und Reparaturen. Der Prozess beginnt, wenn der Spiegel eines Hormons namens Progesteron sinkt, was darauf hinweist, dass in diesem Monat kein Baby in der Gebärmutter heranwächst. Das Entfernen von Progesteron löst eine ähnliche Reaktion aus wie bei der Abwehr einer Infektion durch den Körper. Eine Entzündung schädigt die Gebärmutterschleimhaut. Im Laufe der nächsten etwa fünf Tage löst sich das beschädigte Gewebe ab und fließt aus dem Körper.

Sobald die Blutung einsetzt, beginnt die Gebärmutterschleimhaut zu heilen. Im Laufe von etwa 10 Tagen vervierfacht sich die Dicke dieses Gewebes. Es ist bekannt, dass kein anderes menschliches Gewebe so stark und so schnell wächst – „nicht einmal aggressive Krebszellen“, sagt Jan Brosens, Geburtshelfer und Gynäkologe an der University of Warwick im Vereinigten Königreich. Wenn das Gewebe heilt – ein seltenes Beispiel einer narbenlosen Reparatur –, wird es zu einer Umgebung, die einen Embryo, der ein körperfremdes Wesen ist, vor einem Immunsystem schützen kann, das darauf trainiert ist, Eindringlinge abzuwehren.

Wissenschaftler haben nach jahrzehntelanger Forschung die groben Umrisse dieses Prozesses vervollständigt, viele Details bleiben jedoch undurchsichtig. Wie genau sich die Gebärmutterschleimhaut so umfassend repariert, ist unbekannt. Warum manche Menschen viel stärkere Perioden haben als andere, bleibt eine offene Frage. Und warum Menschen menstruieren, anstatt ungenutztes Endometriumgewebe wie viele andere Säugetiere wieder aufzunehmen, ist unter Biologen umstritten.

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Dieser Mangel an Verständnis behindert Wissenschaftler, die gerne Behandlungen für Perioden finden würden, die zu schmerzhaft sind, um durch rezeptfreie Schmerzmittel gezähmt zu werden, oder zu schwer, um von Binden und Tampons absorbiert zu werden. Darunter leiden viele Menschen. Eine in den Niederlanden durchgeführte Studie ergab, dass Frauen aufgrund von Bauchschmerzen und anderen Symptomen im Zusammenhang mit ihrer Periode durchschnittlich etwa eine Woche pro Jahr an Produktivität verloren. „Es wäre nicht ungewöhnlich, dass ein Patient mich in der Klinik sieht und sagt, dass er jeden Monat zwei oder drei Tage frei haben muss“, sagt Hilary Critchley, Gynäkologin und Reproduktionsbiologin an der Universität Edinburgh.

Starke Perioden können sogar alltägliche Aufgaben erschweren. Das Aufstehen von einem Stuhl zum Beispiel kann für jemanden, der befürchtet, dass er möglicherweise Flecken auf dem Sitz haben könnte, eine Tortur sein. Mütter mit niedrigem Eisenspiegel neigen dazu, Kinder mit niedrigem Geburtsgewicht und anderen Gesundheitsproblemen zur Welt zu bringen, sodass die Auswirkungen einer starken Menstruation über Generationen hinweg fortbestehen. Und doch bleibt die Gebärmutter oft unerkannt, selbst von Forschern, die sich mit Themen wie der Geweberegeneration befassen, für die das Organ eindeutig relevant ist, sagt Brosens. „Meiner Meinung nach ist es fast unverzeihlich“, fügt er hinzu.

Wenn Sie Forscher fragen, warum die Menstruation immer noch so rätselhaft ist, erhalten Sie unterschiedliche Antworten. Fast alle sind sich einig, dass nicht genügend Mittel vorhanden sind, um die Zahl der Forscher anzuziehen, die das Fachgebiet verdient – ​​was häufig bei Gesundheitsproblemen der Fall ist, von denen vor allem Frauen betroffen sind. Die Tatsache, dass die Menstruation in Tabus gehüllt ist, hilft nicht weiter. Einige Forscher sagen jedoch, dass es schwierig sei, die richtigen Werkzeuge zur Untersuchung des Phänomens zu finden.

Wissenschaftler neigen dazu, Untersuchungen des menschlichen Körpers an anderen Organismen wie Mäusen, Fruchtfliegen und Hefen zu beginnen, bevor sie das Wissen auf den Menschen übertragen. Diese sogenannten „Modellsysteme“ reproduzieren sich schnell und können genetisch verändert werden, und Wissenschaftler können mit ihnen arbeiten, ohne auf so viele ethische oder logistische Bedenken zu stoßen, wie sie es bei Experimenten an Menschen tun würden. Da die Menstruation im Tierreich jedoch so selten vorkommt, war es schwierig, Wege zu finden, den Prozess außerhalb des menschlichen Körpers zu untersuchen. „Ehrlich gesagt denke ich, dass die größten Einschränkungen Modellsysteme sind“, sagt Julie Kim, Reproduktionsbiologin an der Northwestern University.

In den 1940er Jahren gehörte der niederländische Zoologe Cornelius Jan van der Horst zu den ersten Wissenschaftlern, die an einem Tiermodell zur Untersuchung der Menstruation arbeiteten. Van der Horst war fasziniert von ungewöhnlichen, wenig erforschten Lebewesen, und diese Faszination führte ihn nach Südafrika, wo er die Elefantenspitzmaus gefangen und untersuchte. Mit einer langen Schnauze, die an den Rüssel eines Elefanten erinnert, und einem Körper, der dem eines Opossums ähnelt, war die Elefantenspitzmaus bereits ein Sonderling, als van der Horst erfuhr, dass sie eines der wenigen Tiere ist, die ihre Periode bekommen – eine Tatsache, die er wahrscheinlich „mehr oder weniger“ entdeckte durch Zufall“, sagt Anthony Carter, ein Entwicklungsbiologe an der Universität Süddänemark, der eine Rezension über van der Horsts Arbeit verfasst hat.

Elefantenspitzmäuse sind jedoch keine kooperativen Studienobjekte. Sie haben nur zu bestimmten Jahreszeiten ihre Menstruation und kommen in Gefangenschaft nicht gut zurecht. Hinzu kommt die Herausforderung, sie zu fangen, was van der Horst und seine Kollegen mit Handkeschern versuchten. Die Spitzmäuse waren wendig, daher war es „manchmal ein faszinierender, aber meistens ein enttäuschender Sport“, schrieb er.

Etwa zur gleichen Zeit entdeckte George WD Hamlett, ein in Harvard ansässiger Biologe, eine Alternative. Hamlett untersuchte konservierte Proben einer nektarliebenden Fledermaus namens Glossophaga soricina, als er Anzeichen einer Menstruation bemerkte. Da die Fledermäuse, die hauptsächlich in Mittel- und Südamerika leben, nicht leicht zugänglich waren, blieb seine Entdeckung mehrere Jahrzehnte lang lediglich ein interessanter Punkt in der wissenschaftlichen Literatur.

Dann, in den 1960er Jahren, schrieb sich ein eifriger Doktorand namens John J. Rasweiler IV an der Cornell University ein. Rasweiler wollte eine Art der Fortpflanzung bei Tieren untersuchen, die das widerspiegelt, was beim Menschen geschieht, und so wies sein Mentor auf Hamletts Entdeckung hin. Vielleicht würde Rasweiler gerne ein paar Fledermäuse suchen und sehen, was er mit ihnen machen könnte?

Mit einer langen Schnauze, die an den Rüssel eines Elefanten erinnert, und einem Körper, der dem eines Opossums ähnelt, war die Elefantenspitzmaus bereits ein Sonderling, als van der Horst erfuhr, dass sie eines der wenigen Tiere ist, die ihre Periode bekommen.

„Es war ein sehr herausforderndes Unterfangen“, sagt Rasweiler. „Im Grunde musste ich alles von Anfang bis Ende erfinden.“ Zuerst gab es Reisen nach Trinidad und Kolumbien, um die Fledermäuse einzusammeln. Dann war da noch die Frage, wie man sie zurück in die Vereinigten Staaten transportieren kann, ohne dass sie zerquetscht werden oder überhitzen. (Der Versand in Lebensmittelbehältern zum Mitnehmen, gebündelt zu einem größeren Paket, erwies sich als gut.) Sobald die Fledermäuse im Labor waren, musste er herausfinden, wie er mit ihnen umgehen konnte, ohne sie entkommen zu lassen. Am Ende konstruierte er einen begehbaren Käfig auf Rädern, den er zu den Gehegen der Fledermäuse hochrollen konnte.

„Ich habe es geliebt, mit ihnen zu arbeiten – entzückenden Tieren“, sagt Rasweiler, der sich inzwischen von seiner Karriere als Reproduktionsphysiologe bei SUNY Downstate zurückgezogen hat. Doch andere Forscher waren von der Idee, mit einem fliegenden Tier zu arbeiten, abgeschreckt.

Forscher können verfolgen, wie Organoide auf verschiedene Reize reagieren. Hier verdickt sich das Endometriumgewebe, wenn es einer synthetischen Version des Hormons Progesteron ausgesetzt wird, was den Beginn der Menstruation widerspiegelt. Bildquelle: „Organoid-Co-Kulturmodell des zyklischen menschlichen Endometriums in einer vollständig definierten synthetischen 2-extrazellulären Matrix zeigt Epithel-Stroma-Crosstalk.“ Juan S. Gnecco et al.

Im Jahr 2016 trat die Stachelmaus – ein Nagetier, das unter den trockenen Bedingungen des Nahen Ostens, Südasiens und Teilen Afrikas gedeiht – dem exklusiven Club der Tiere bei, von denen bekannt ist, dass sie menstruieren. Stachelmäuse können im Labor gezüchtet werden, sodass sie zu wertvollen Themen für die Menstruationsforschung werden können. Doch zwischen Menschen und Mäusen liegen Millionen von Jahren der Evolution, was Brosens zu der Annahme veranlasst, dass sich die Genetik, die ihren Gebärmutter zugrunde liegt, wahrscheinlich erheblich unterscheidet.

Ein Großteil der grundlegenden Arbeiten zur Menstruation wurde an Makakenaffen durchgeführt. Aber die Pflege von Primaten ist teuer, und das Tierschutzgesetz sieht Beschränkungen für die Primatenforschung vor, die für andere gewöhnliche Labortiere nicht gelten. Durch eine Reihe von Manipulationen fanden Wissenschaftler auch heraus, dass sie eine gewöhnliche Labormaus dazu zwingen konnten, etwas Ähnliches wie eine Periode zu haben. Dieses Modell war nützlich, aber es ist immer noch nur eine künstliche Darstellung der echten menschlichen Menstruation.

Was die Forscher wirklich brauchten, war eine Möglichkeit, Menschen als Probanden für die Menstruationsforschung zu nutzen. Aber selbst wenn man die offensichtlichen ethischen Bedenken außer Acht lässt, wäre so etwas logistisch eine große Herausforderung. Das Endometrium entwickelt sich außerordentlich schnell – „im Stundentakt sehen wir unterschiedliche Reaktionen der Zellen, unterschiedliche Funktionen“, sagt Aleksandra Tsolova, Zellbiologin an der University of Calgary. „Es ist ein sehr dynamisches Gewebe.“ Forscher müssten fast ständig invasive Biopsien durchführen, um es im menschlichen Körper zu untersuchen, und selbst dann wäre es weitgehend unmöglich, es genetisch oder durch chemische Behandlungen zu verändern.

Aber bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts zeichnete sich eine Lösung für dieses Problem ab. Und es war kein Lebewesen aus dem Dschungel oder den afrikanischen Graslandschaften, das den Weg ebnete, sondern ein Organismus vom Meeresgrund.

Der Grundstein für das, was zu den heutigen Organoiden werden sollte, wurde 1910 gelegt, als ein Zoologe namens Henry Van Peters Wilson erkannte, dass Zellen von Meeresschwämmen eine Art „Gedächtnis“ dafür haben, wie sie im Tier angeordnet sind, selbst nachdem sie entfernt wurden. wieder getrennt. Als er einen Schwamm trennte, indem er ihn durch ein Netz drückte und die Zellen dann wieder miteinander vermischte, bildete sich der ursprüngliche Schwamm neu. Arbeiten aus der Mitte des Jahrhunderts zeigten, dass bestimmte Zellen aus Hühnerembryonen eine ähnliche Fähigkeit besitzen.

Im Jahr 2009 wurde in einer in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie eine Möglichkeit beschrieben, diese Beobachtungen auf menschliche Organe auszudehnen. Die Forscher entnahmen eine einzelne adulte Stammzelle aus dem Darm einer Maus – die die Fähigkeit besaß, sich zu jeder Art von Darmzelle zu entwickeln – und betteten sie in eine gallertartige Substanz ein. Die Zelle teilte sich und bildete zusammen mit ihren Nachkommen eine vereinfachte Miniaturversion der Darmschleimhaut. Es war das erste Mal, dass Wissenschaftler eine Methode zur Herstellung eines Organoids aus menschlichem Gewebe entwickelten, die für viele Labore zugänglich war und sich problemlos an andere Organe anpassen ließ.

Seitdem haben Wissenschaftler diesen allgemeinen Ansatz erweitert, um Aspekte von etwa einem Dutzend menschlicher Gewebetypen nachzuahmen, darunter solche aus dem Darm, den Nieren und dem Gehirn – und Ende der 2010er Jahre auch der Gebärmutter.

Die von EEG-Elektrodenkappen inspirierten Miniaturgeräte könnten Wissenschaftlern neue Erkenntnisse darüber liefern, wie Chemikalien und Medikamente das menschliche Gehirn beeinflussen.

Es war ein glücklicher Zufall, der Endometriumorganoide ins Spiel brachte. In den Jahren vor ihrer Entwicklung hatten Wissenschaftler versucht, die Gebärmutterschleimhaut zu untersuchen, indem sie ihre Zellen in glatten Schichten auf dem Boden von Laborschalen wachsen ließen. Stromazellen, die das Gewebe strukturell stützen und eine Schlüsselrolle bei der Schwangerschaft spielen, ließen sich auf diese Weise leicht züchten – diese Zellen scheiden eine Substanz aus, die sie aneinander und an Petrischalen haften lässt. Aber Epithelzellen, ein weiterer wichtiger Bestandteil des Endometriums, stellten ein Problem dar. In einer Schale reagierten sie nicht mehr auf Hormone und ihre Formen unterschieden sich von denen, die man im menschlichen Körper sieht.

Dann, als sie mit einer Mischung aus menschlichem Plazenta- und Endometriumgewebe arbeitete, um die Plazenta dazu zu bringen, Organoide zu bilden, bemerkte eine Reproduktionsbiologin namens Margherita Turco etwas Zufälliges. Wenn sie in einem Gel suspendiert wurden, anstatt in einer Flüssigkeit gezüchtet zu werden, und ihnen genau die richtige Mischung aus Molekülen aus dem menschlichen Körper verabreicht wurde, fügten sich Endometriumepithelzellen zu winzigen dreidimensionalen Nachbildungen des Organs zusammen, aus dem sie stammten. „Sie sind wirklich sehr, sehr gut gewachsen“, sagt Turco. Tatsächlich überholten endometriale Organoide „die Kulturen gewissermaßen“. Etwa zur gleichen Zeit veröffentlichte eine andere Gruppe unabhängig voneinander ähnliche Ergebnisse.

Heute sind sowohl Plazenta- als auch Endometriumorganoide wertvolle Werkzeuge in dem Labor, das Turco am Friedrich-Miescher-Institut für biomedizinische Forschung in Basel, Schweiz, betreibt. In ihrer Originalpublikation aus dem Jahr 2017 fordert sie die Verwendung von Gewebe aus einer Biopsie anstelle von Stammzellen, um Organoide aus der Gebärmutterschleimhaut herzustellen. Einige Labore verwenden stattdessen Gewebe von Menschen, die sich einer Hysterektomie unterzogen haben. Aber Turcos Labor hat kürzlich gezeigt, dass Teile des Endometriums, die im Menstruationsblut gefunden werden, auch funktionieren, was bedeuten würde, dass die neuen Endometriumorganoide gezüchtet werden können, ohne dass Biopsien oder Operationen erforderlich sind.

Aus all diesen Ausgangspunkten können Forscher nun Mikrokosmen der menschlichen Gebärmutter erschaffen. Jedes Organoid erinnert Tsolova an eine winzige Blase, die in einem gallertartigen Dessert hängt. Und jede davon bietet eine einzigartige Gelegenheit, Prozesse zu verstehen, die die Wissenschaft lange ignoriert hat.

Endometrium-Organoide wurden zu einem integralen Bestandteil der Arbeit der kleinen Forschergruppe, die sich auf die Gebärmutter konzentrierte. Seit 2017 haben viele Labore diese neuen Tools auf eigene Faust entwickelt.

Kims Labor hat den Epithelzellen, aus denen klassische Endometriumorganoide bestehen, Stromazellen hinzugefügt. Sie und ihre Kollegen vermischen beides und lassen die Kombination einfach „ihre Wirkung entfalten“, sagt sie. Das Ergebnis ist wie eine Malzkugel mit Stromazellen auf der Innenseite und Epithelzellen auf der Außenseite.

Im Jahr 2021 schufen Brosens und seine Kollegen ähnliche Strukturen, die sie „Assembloide“ nennen. Anstatt die beiden Zelltypen miteinander zu vermischen, schufen sie ein Organoid aus Epithelzellen und fügten darauf eine Schicht Stromazellen hinzu. Mithilfe von Assembloiden haben sie herausgefunden, dass sich verschlechternde Zellen eine Schlüsselrolle bei der Einnistung des Embryos in der Gebärmutter spielen. Da die Gebärmutterschleimhaut ständig abstirbt und nachwächst, ist das Gewebe sehr flexibel und in der Lage, seine Form anzupassen, erklärt Brosens. Dies hilft dem Gewebe, eine Schwangerschaft in Gang zu bringen: „Mutterzellen greifen den Embryo“, sagt er, „und ziehen ihn buchstäblich in das Gewebe hinein.“

Ein Video aus einer der jüngsten Veröffentlichungen von Brosens zeigt die Umgestaltung eines Assembloids um einen fünf Tage alten Embryo. Bevor er und seine Kollegen diese Arbeit machten, hieß es allgemein, dass das Endometrium passives Gewebe sei, in das der Embryo eingedrungen sei, aber das sei „einfach völlig falsch“, sagt er. Dieses neue Verständnis darüber, wie Embryonen implantiert werden, könnte die In-vitro-Fertilisation verbessern und helfen zu erklären, warum manche Menschen anfällig für Fehlgeburten sind.

Das Labor von Margherita Turco am Friedrich-Miescher-Institut für biomedizinische Forschung in der Schweiz hat herausgefunden, dass Organoide, die direkt aus der Gebärmutterschleimhaut (erstes Bild) und aus dem Menstruationsblut (zweites Bild) derselben Person stammen, nicht unterscheidbare Formen und Strukturen aufweisen. Bildquelle: „Menstruationsfluss als nicht-invasive Quelle endometrialer Organoide.“ Tereza Cindrova-Davies et al. Kommunikationsbiologie.

Critchley hofft, dass Wissenschaftler schließlich Behandlungen entwickeln können, die es den Menschen ermöglichen, zu entscheiden, wann sie ihre Periode bekommen möchten – oder ob sie überhaupt eine haben möchten. Bei manchen kann eine hormonelle Empfängnisverhütung diese Ziele erreichen, aber diese Medikamente können auch zu außerplanmäßigen Blutungen führen, die die Kontrolle der Monatsblutung erschweren, und manche Menschen empfinden die Nebenwirkungen der Medikamente als unerträglich.

Um bessere Optionen zu schaffen, müssen Wissenschaftler noch verstehen, wie eine normale Periode funktioniert. Die Herstellung einer organoiden Menstruationsflüssigkeit in einer Schüssel wäre ein großer Segen, um dieses Ziel zu erreichen, und das ist es, was einige Forscher versuchen.

Durch die manuelle Zugabe von Hormonen zu Organoiden können Gnecco und seine Mitarbeiter einen Teil dessen nachbilden, was die Gebärmutterschleimhaut im Laufe eines Monats erlebt. Im Verlauf des Zyklus beobachten sie, wie die Zellen die von ihnen verwendeten Genkomplemente anpassen, genau wie sie es im menschlichen Körper tun würden. Auch die Form des Organoids folgt einem bekannten Muster. Drüsen – Zellfalten, aus denen Schleim und andere Substanzen abgesondert werden – verändern sich im Verlauf dieses falschen Menstruationszyklus von glatten Röhren zu sägezahnähnlichen Strukturen.

„Es ist überwältigend, dass wir sehr, sehr nah am Patienten sind, aber nicht im Inneren des Patienten arbeiten. Das Potenzial ist riesig.“

Wenn dieses System funktioniert, besteht der nächste Schritt darin, herauszufinden, was passiert, wenn die Gebärmutterschleimhaut nicht richtig funktioniert. „Das hat mich wirklich begeistert“, sagt Gnecco. Als ersten Schritt behandelte er Organoide mit einem entzündlichen Molekül namens IL-1β, das ein Kennzeichen der Läsionen ist, die Endometriose charakterisieren. IL-1β verursachte ein schnelles Wachstum von Organoiden, allerdings nur, wenn Stromazellen zusammen mit den Epithelzellen vermischt wurden. Dies deutet darauf hin, dass Signale von Stromazellen möglicherweise dazu beitragen, dass sich Endometriose zu einer schmerzhaften Erkrankung entwickelt.

Unterdessen versucht Kilinc zu verstehen, warum die Periode mancher Menschen so stark ist. Endometriumgewebe, das in den Muskel einwächst, der die Gebärmutter auskleidet, scheint Läsionen zu verursachen, die eine Ursache für übermäßige Blutungen sein können. Um herauszufinden, wie sich solche Läsionen bilden können, beobachtet Kilinc, wie Endometriumorganoide reagieren, wenn sie auf ein dichtes Gel treffen, das die Textur von Muskeln nachahmt.

In einem weichen Gel behalten Endometriumorganoide eine schöne, runde Struktur. Aber wenn sich das Organoid in einem steifen Gel befindet, ist das eine andere Geschichte. Ein Video aus einem von Kilincs jüngsten Experimenten zeigt ein Organoid, das pulsiert und sich windet, fast wie ein Topf Wasser, das kurz vor dem Überkochen steht. Schließlich schießt eine Gruppe von Zellen ab und erzeugt eine anhängselartige Struktur, die das steife Gel durchsticht. Videos wie dieses lassen Kilinc vermuten, dass der Kontakt mit Muskeln zu den Auslösern gehören könnte, die dazu führen, dass die Gebärmutterschleimhaut dieses Gewebe verletzt und starke Blutungen verursacht. „Aber“, fügt sie hinzu, „das ist noch nicht klar – wir untersuchen noch.“

Heutige Endometriumorganoide können nicht alles, was Tiermodelle können. Zum einen umfassen sie noch nicht wichtige Bestandteile der Menstruation, wie Blutgefäße und Immunzellen. Zum anderen können sie nicht aufdecken, welchen Einfluss entfernte Körperteile wie das Gehirn auf das Geschehen in der Gebärmutter haben. Aber weil sie aus menschlichem Gewebe stammen, sind sie eng mit dem bizarren, eigenwilligen Prozess verbunden, der eine menschliche Periode ausmacht, und das ist viel wert. „Es ist überwältigend, dass wir sehr, sehr nah am Patienten sind, aber nicht im Inneren des Patienten arbeiten“, sagt Tsolova. „Das Potenzial ist riesig.“

Parallel zur Arbeit an Organoiden haben Wissenschaftler ein „Organ auf einem Chip“ geschaffen, das das Endometrium nachahmt. Winzige Röhrchen, die an einer flachen Oberfläche befestigt sind, transportieren Flüssigkeiten zum Endometriumgewebe und ahmen so den Fluss von Blut oder Hormonen nach, die von anderen Teilen des Körpers übertragen werden. Ein ideales Modellsystem könnte Endometriumzellen in ihrer natürlichen Anordnung – wie in einem Organoid – mit fließenden Flüssigkeiten wie auf einem Chip kombinieren.

Organoide haben Forschern bereits dabei geholfen, alte Rätsel zu lösen. Forscher in Wien nutzten diese Technologie beispielsweise, um herauszufinden, welche Gene dazu führen, dass einige Endometriumzellen Zilien wachsen lassen – haarähnliche Strukturen, die koordiniert schlagen, um Flüssigkeit, Schleim und Embryonen innerhalb der Gebärmutter zu bewegen. Andere Forscher haben mithilfe von Organoiden untersucht, wie Endometriumzellen während des Menstruationszyklus reifen. Unterdessen untersuchten Kim und ihre Kollegen mithilfe von Organoiden, wie die Gebärmutterschleimhaut auf abnormale Hormonspiegel reagiert, die möglicherweise ein Faktor für Gebärmutterkrebs sind.

Menstruierende Menschen haben lange darauf gewartet, dass sich Forscher mit solchen Fragen befassen. Belastende Perioden werden oft nur als „Frauenproblem“ angesehen – eine Denkweise, mit der Tsolova nicht einverstanden ist, weil sie die Tatsache ignoriert, dass Menschen, die mit der Menstruation zu kämpfen haben, oft nicht ihr gesamtes Spektrum an Talenten in ihre Gemeinschaft einbringen können. „Es ist ein gesellschaftliches Problem“, sagt sie. „Es betrifft jeden Menschen in jeder Hinsicht.“

Saima Sidik ist eine freiberufliche Wissenschaftsjournalistin mit Sitz in Somerville, Massachusetts.

Diese Geschichte war Teil unserer September/Oktober 2023-Ausgabe.

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