Wissenschaftler haben in einer Schale Schlangengiftdrüsen gezüchtet. Hier ist der Grund.

Jedes Jahr sterben weltweit etwas mehr als 100.000 Menschen an den Folgen von Schlangenbissen, was der Gesamtbevölkerung von Tuscaloosa, Alabama, entspricht. Sofern es dem Opfer eines Schlangenbisses gelingt, schnell genug in die Notaufnahme zu gelangen, kann ein Gegengift eingesetzt werden, um den tödlichen Auswirkungen eines Bisses entgegenzuwirken. Aber Gegengift ist nicht einfach herzustellen. Es wird hergestellt, indem Gift von Giftschlangen gesammelt und einem Haustier wie einem Pferd kleine Mengen davon injiziert werden. Die gebildeten Antikörper können dann aus dem Blut des Pferdes gesammelt und gereinigt werden, um ein fertiges Gegengift herzustellen. So weit, so einfach.

Das Problem besteht darin, genug Gift zu beschaffen, um es herzustellen. Gegengift wird derzeit hergestellt, indem man Schlangen fängt oder züchtet, sie in Gefangenschaft hält und sie dann regelmäßig „melkt“, um das von ihnen produzierte Gift zu gewinnen. Es handelt sich um eine Behandlung aus dem 19. Jahrhundert, die durch die Tatsache notwendig wurde, dass sich die Herstellung von Gegengiften nicht so schnell entwickelt hat wie andere Bereiche der Biotechnologie. Da es 600 Arten giftiger Schlangen gibt, ist dies auch eine arbeitsintensive Aufgabe, bei der es dennoch schwierig ist, ausreichend Gegenmittel zu entwickeln, um die Zahl der jährlichen Schlangenbisse zu decken. Könnte Gentechnik die Antwort sein?

Das glaubt eine Gruppe von drei Forschern der Universität Utrecht in den Niederlanden. Und ihre Idee, dies zu erreichen, ist irgendwie brillant. Anstatt im Labor gezüchtete Giftschlangen zu erschaffen – eine Idee, die, ehrlich gesagt, nur für einen der Drehbuchautoren gut klingen würde Sharknado – Sie haben eine alternative Lösung gefunden: Lassen Sie einfach den Teil der Schlange wachsen, den Sie benötigen.

Experimente kaltblütig

„Wir haben über neue Bereiche für [unsere] Organoid-Technologie nachgedacht.“ Hans Clevers, dessen Labor die Arbeit durchgeführt hat, sagte gegenüber Digital Trends. „Schlangengiftdrüsen waren für uns das faszinierendste Gewebe. Eine große erste Hürde bestand darin, Schlangengewebe zu erhalten. Glücklicherweise konnte dieses Problem durch eine Zusammenarbeit mit den Schlangenexperten Michael Richardson und Freek Vonk sowie dem niederländischen Reptilienzoo „Serpo“ und örtlichen Züchtern gelöst werden. Nach einigen Monaten der Optimierung der Protokolle gelang es uns, Miniaturgiftdrüsen zu züchten. Seitdem haben wir das Protokoll zur Giftproduktion optimiert und die Zellen charakterisiert, die die Toxine produzieren.“

Ein Organoid ist für diejenigen, die damit nicht vertraut sind, eine miniaturisierte und vereinfachte Version eines Organs, komplett mit realistischer Mikroanatomie. Sie werden aus Stammzellen hergestellt, die es ihnen ermöglichen, sich in einer dreidimensionalen Kultur selbst zu organisieren und sich in das Organ zu verwandeln, das sie replizieren sollen. Das entstehende Organ ist ein Zellklumpen mit einem Durchmesser von etwa 1 Millimeter. Organoide wurden von verschiedenen Labors auf der ganzen Welt hergestellt und ähneln Organen der Größenordnung von Nieren Zu Miniaturgehirne ohne Bewusstsein. In diesem Fall ähneln die giftigen Organoide einem winzigen, erbsengroßen, mit Flüssigkeit gefüllten Ballon. Eines, das besonders unmenschlich wäre, wenn es wie ein Spuckballenbündel durch das Klassenzimmer geschossen würde.

„Unsere Gruppe war in den letzten 10 Jahren erfolgreich bei der Züchtung von Organoiden aus einer Vielzahl menschlicher Gewebe.“ Joep Beumer, ein anderer Forscher des Projekts, erklärte. „Um diese zu erzeugen, gewinnen wir Stammzellen aus erwachsenem Gewebe und betten sie in einer Petrischale in ein Gel ein. Mit der richtigen Wachstumsfaktormischung teilen sich die Stammzellen und es entstehen Miniorgane, die die verschiedenen Zelltypen eines Gewebes enthalten.“

Die Gewebeproben für die Giftorganoide stammten aus Drüsengewebe von Schlangenembryonen in Eiern oder in einem Fall aus einer krankheitsbedingt eingeschläferten Hausschlange. Um die Drüsenorganoide wachsen zu lassen, musste das Team einige Änderungen an seinem normalen Ansatz vornehmen. Schlangen sind kaltblütig. Säugetierorganoidprotokolle werden normalerweise bei einer Temperatur von 37 Grad Celsius (99 Grad Fahrenheit) gezüchtet. Leider funktionierte dies bei den Schlangenorganoiden nicht. Bei dieser Temperatur erlitten die Organoide eine Hitzeschockreaktion und starben. Deshalb mussten sie die Temperatur auf 32 Grad Celsius senken. Es ist ein Beweis dafür, dass selbst in diesem Maßstab die Konzepte und Signalwege adulter Stammzellen in Organoiden erhalten bleiben.

Es vergrößern

„Jedes Gewebe hat seine eigenen Eigenschaften, die wir mit Organoiden modellieren wollen“, sagte er Yorick Post, der dritte Forscher des Projekts. „Für die Schlangengiftdrüse war dies ein sehr offensichtlicher Fall: Würden sie Gift produzieren? Wir wussten, dass das Potenzial dieser Technologie stark von der Fähigkeit abhängen würde, die verschiedenen Giftstoffe zu produzieren, aus denen Schlangengift besteht. Deshalb waren wir sehr aufgeregt, als wir Toxine fanden – zuerst auf RNA- und später auf Proteinebene.“

Diese Arbeit ist äußerst vielversprechend. Die Forscher gehen davon aus, dass dies möglicherweise über das bloße Weglassen des Teils der Schlangenzucht im Gegengiftverfahren hinausgehen könnte. Sie glauben, dass es möglich sein könnte, die Immunzellen, die normalerweise von Tieren produziert werden, in einer Schale zu züchten. Neben Gegengiften könnte der Ansatz auch bei der Entwicklung von Arzneimittelverbindungen hilfreich sein, die auf Bestandteilen von Schlangengift basieren. Beispielsweise gibt es eine bestimmte Art von Blutdruckmedikament, das aus einem Toxin hergestellt wird, das von der giftigen brasilianischen Grubenotter produziert wird.

Und was, kein Wortspiel beabsichtigt, den Ausbau des Projekts betrifft? „Das ist einer der Hauptvorteile der Organoid-Technologie“, sagte Clevers. „Sobald wir es etabliert haben, können wir das Gewebe nahezu unbegrenzt erweitern. Dies kann dazu beitragen, lebensfähige Zellen vieler Schlangenarten zu erhalten, da sie leicht eingefroren und aufgetaut werden können. [Es kann uns auch dabei helfen], eine große Anzahl giftiger Zellen zu erzeugen. Um diesen Ansatz kosteneffizient zu gestalten, sind weitere Verbesserungen bei der Giftproduktion und -ernte erforderlich. Wir arbeiten aktiv an diesen Zielen.“

Ein Papier, in dem die Arbeit beschrieben wurde, war kürzlich in der Zeitschrift Cell veröffentlicht.

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