Differenzierung von Pankreasgängen und -azini aus humanen pluripotenten Stammzellen zur Untersuchung des Pankreaskarzinoms
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der aktuelle Förderantrag umfasst mehrere Forschungsschwerpunkte. Zunächst konzentrierten wir uns auf die Weiterentwicklung der Differenzierung von humanen pluripotenten Stammzellen (hPSCs) in multipotente Pankreasvorläuferzellen (PPs). Das optimierte Protokoll führt zu einer erhöhten Anzahl GP2-positiver Zellen wodurch die endokrine Differenzierung zu funktionellen βähnlichen Zellen verbessert wurde. Insbesondere haben FACS-sortierte GP2-angereicherte PPs die Fähigkeit, zu azinusartigen Zellen zu reifen. Ein weiterer Forschungszweig zielte auf die Entwicklung eines Verfahrens zur Differenzierung von Pankreasgang-ähnlichen Organoiden (PDLOs) aus hPSCs durch ein zweiphasiges Screening ab. PDLOs bieten ein genetisch definiertes humanes Modellsystem für die Erforschung von Dysplasie und Krebsentstehung aus duktalen Ursprungszellen. Unsere Experimente, in denen wir die Auswirkungen des onkogenen KRAS und des Verlusts von CDKN2A auf PDLOs untersuchten, ergaben Veränderungen, die der frühen Entwicklung von Pankreastumoren ähneln. Zudem sind wir nach unserem Kenntnisstand die Ersten, die einen Mikro-Chip zur Erzeugung präziser 3D-Aggregate aus hPSC-abgeleiteten PPs einsetzen, um deren Differenzierung zu PDLOs zu steuern. Der Chip ermöglicht eine hochauflösende Bildgebung von gangartigen Organoiden. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung während der Differenzierung ergab unterschiedliche Zellcluster, was auf eine Plastizität der Differenzierungswege hindeutet. Insbesondere erweist sich der Chip als wertvoll für die Sekretomanalyse zur Identifizierung potenzieller prognostischer Marker für das duktale Adenokarzinom der Bauchspeicheldrüse. Im Rahmen dieses Antrags strebten wir auch eine Optimierung der Modelle für die Erforschung des Pankreaskarzinoms an. Hier haben wir die Schweineharnblase (PUB) als experimentelle Umgebung verwendet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das PUB-Modell in der Tat in der Lage ist, Strukturen des Pankreasgangs erfolgreich aus menschlichen Zellen nachzubilden, die Kultivierung von Patienten-Organoiden ermöglicht und kosteneffektive Medikamententests erlaubt. PUBs bieten eine vielseitige und vielversprechende Plattform für die Modellierung der Tumorevolution und das Wirkstoffscreening.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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CDKN2A-Mutated Pancreatic Ductal Organoids from Induced Pluripotent Stem Cells to Model a Cancer Predisposition Syndrome. Cancers, 13(20), 5139.
Merkle, Jessica; Breunig, Markus; Schmid, Maximilian; Allgöwer, Chantal; Krüger, Jana; Melzer, Michael K.; Bens, Susanne; Siebert, Reiner; Perkhofer, Lukas; Azoitei, Ninel; Seufferlein, Thomas; Heller, Sandra; Meier, Matthias; Müller, Martin; Kleger, Alexander & Hohwieler, Meike
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Differentiation of human pluripotent stem cells into pancreatic duct-like organoids. STAR Protocols, 2(4), 100913.
Breunig, Markus; Merkle, Jessica; Melzer, Michael Karl; Heller, Sandra; Seufferlein, Thomas; Meier, Matthias; Hohwieler, Meike & Kleger, Alexander
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Modeling plasticity and dysplasia of pancreatic ductal organoids derived from human pluripotent stem cells. Cell Stem Cell, 28(6), 1105-1124.e19.
Breunig, Markus; Merkle, Jessica; Wagner, Martin; Melzer, Michael K.; Barth, Thomas F.E.; Engleitner, Thomas; Krumm, Johannes; Wiedenmann, Sandra; Cohrs, Christian M.; Perkhofer, Lukas; Jain, Gaurav; Krüger, Jana; Hermann, Patrick C.; Schmid, Maximilian; Madácsy, Tamara; Varga, Árpád; Griger, Joscha; Azoitei, Ninel; Müller, Martin ... & Kleger, Alexander
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Single-cell-resolved differentiation of human induced pluripotent stem cells into pancreatic duct-like organoids on a microwell chip. Nature Biomedical Engineering, 5(8), 897-913.
Wiedenmann, Sandra; Breunig, Markus; Merkle, Jessica; von Toerne, Christine; Georgiev, Tihomir; Moussus, Michel; Schulte, Lucas; Seufferlein, Thomas; Sterr, Michael; Lickert, Heiko; Weissinger, Stephanie Ellen; Möller, Peter; Hauck, Stefanie M.; Hohwieler, Meike; Kleger, Alexander & Meier, Matthias
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Organoids at the PUB: The Porcine Urinary Bladder Serves as a Pancreatic Niche for Advanced Cancer Modeling. Advanced Healthcare Materials, 11(11).
Melzer, Michael Karl; Breunig, Markus; Arnold, Frank; Wezel, Felix; Azoitei, Anca; Roger, Elodie; Krüger, Jana; Merkle, Jessica; Schütte, Lena; Resheq, Yazid; Hänle, Mark; Zehe, Viktor; Zengerling, Friedemann; Azoitei, Ninel; Klein, Lukas; Penz, Frederike; Singh, Shiv K.; Seufferlein, Thomas; Hohwieler, Meike ... & Kleger, Alexander
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DNA methylation‐associated allelic inactivation regulates Keratin 19 gene expression during pancreatic development and carcinogenesis. The Journal of Pathology, 261(2), 139-155.
Krüger, Jana; Fischer, Anja; Breunig, Markus; Allgöwer, Chantal; Schulte, Lucas; Merkle, Jessica; Mulaw, Medhanie A.; Okeke, Nnamdi; Melzer, Michael K.; Morgenstern, Clara; Azoitei, Ninel; Seufferlein, Thomas; Barth, Thomas FE; Siebert, Reiner; Hohwieler, Meike & Kleger, Alexander
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Single-cell profiling of GP2-enriched pancreatic progenitors to simultaneously create acinar, ductal, and endocrine organoids. Theranostics, 13(6), 1949-1973.
Merz, Sarah; Breunig, Markus; Melzer, Michael Karl; Heller, Sandra; Wiedenmann, Sandra; Seufferlein, Thomas; Meier, Matthias; Krüger, Jana; Mulaw, Medhanie A.; Hohwieler, Meike & Kleger, Alexander
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TBX3 is dynamically expressed in pancreatic organogenesis and fine-tunes regeneration. BMC Biology, 21(1).
Melzer, Michael Karl; Schirge, Silvia; Gout, Johann; Arnold, Frank; Srinivasan, Dharini; Burtscher, Ingo; Allgöwer, Chantal; Mulaw, Medhanie; Zengerling, Friedemann; Günes, Cagatay; Lickert, Heiko; Christoffels, Vincent M.; Liebau, Stefan; Wagner, Martin; Seufferlein, Thomas; Bolenz, Christian; Moon, Anne M.; Perkhofer, Lukas & Kleger, Alexander
