Muskel-Organoide zur in vitro Modellierung von sporadischen und hereditären Muskelerkrankungen.

• Antragsteller: Dr. Felix Kleefeld
• Fachliche Zuordnung: Molekulare und zelluläre Neurologie und Neuropathologie ; Experimentelle Modelle zum Verständnis von Erkrankungen des Nervensystems ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 552757590

Myopathien bilden eine heterogene Gruppe von erblichen und sporadischen Erkrankungen der Skelettmuskulatur, die unter anderem erbliche Muskeldystrophien und idiopathische entzündliche Myopathien beinhaltet. Die zur Verfügung stehenden Therapieoptionen, insbesondere für Muskeldystrophien, sind aktuell stark limitiert. Ein Grund hierfür sind komplexe und teils unverstandene pathophysiologische Mechanismen, die durch momentan zur Verfügung stehende Modelle, z.B. 2D-Zellkultur- und Tiermodelle, nur inkomplett abgebildet werden können. Dieses Projekt will deshalb einen Beitrag zur Etablierung von innovativen, komplexen und dreidimensionalen Zellkulturmodellen – Muskel-Organoiden (MO) – leisten. Dabei sollen im Sinne eines proof of concept zwei häufige Myopathien (die erbliche, Dysferlin-assoziierte Gliedergürteldystrophie sowie die sporadische Einschlusskörpermyositis) mit dieser neuen Technik in vitro modelliert werden. Beide Erkrankungen sind darüber hinaus durch entzündliche Veränderungen gekennzeichnet, die sich histologisch durch eine Infiltration von Immunzellen in den Muskel zeigen. Um die Interaktion zwischen Immunsystem und Muskelzellen abzubilden, bedarf es daher eines Ko-Kultursystems. In diesem Projekt sollen adulte Muskelerkrankungen untersucht werden, d.h. Erkrankungen, deren Phänotyp und molekulare Charakteristika (z.B. mtDNA Deletionen) erst in höherem Lebensalter sichtbar werden. Dies bedingt, dass induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) als Ausgangs-Zellpopulation nicht geeignet sind. Um dieses Problem zu adressieren, werden in diesem Projekt adulte Stammzellen (Satellitenzellen), die aus Muskelbiopsien gewonnen wurden, als Ausgangs-Zellpopulation für die Etablierung der MO genutzt. Die MO werden folglich aus adulten Muskelstammzellen von Patient*innen mit autosomal-rezessiver Gliedergürteldystrophie (LGMD) Typ R2 und Patient*innen mit Einschlusskörpermyositis (IBM) etabliert. Die Validität der MO als Krankheitsmodelle wird unter anderem durch histologische, transkriptomische und ultrastrukturelle Untersuchungen, sowie Untersuchungen der mitochondrialen Dynamik, zu vordefinierten Zeitpunkten überprüft. Im nächsten Schritt erfolgt eine Ko-Kultivierung der MO mit Immunzellen (PBMC), die aus Blutproben der Patient*innen gewonnen wurden. Immunzell-Ko-Kulturmodelle sind z.B. im Kontext Tumor-Organoiden bereits etabliert, sodass auf entsprechende Protokolle zurückgegriffen werden kann. Die Effekte der Ko-Kultur auf den Phänotyp der MO wird als Outcome untersucht, mit einem Fokus auf mitochondrialem Stoffwechsel. Zusammengefasst werden in diesem Projekt also zwei innovative Ansätze vereint: die Etablierung von Muskel-Organoiden als Modelle für adulte Erkrankungen durch Nutzung von adulten Stammzellen, die aus Muskelbiopsien gewonnen wurden. Zum anderen ein exploratives Immunzell-Ko-Kulturmodell, um die Interaktion von Immunsystem und Muskelzellen in vitro zu untersuchen und möglicherweise zukünftig auch therapeutisch zu adressieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeberin: Professorin Rita Horvath, Ph.D.