Organoide als translationales Modell zur Untersuchung der intestinalen Barriere bei Leberzirrhose und spontaner bakterieller Peritonitis

Einleitung Organoide aus primärem Patientenmaterial bieten als 3D-Modelle eine innovative Möglichkeit, patientenspezifische Interaktionen zwischen Pathogenen und Gewebe zu untersuchen. Vorarbeiten unserer Arbeitsgruppe zur spontan bakteriellen Peritonitis (SBP), einer schwerwiegenden Komplikation der Leberzirrhose mit einer 1-Jahres-Mortalität von 66%, zeigen eine verminderte Mukusschichtdicke bei betroffenen Patienten. Dies begünstigt den direkten Kontakt von Bakterien mit Darmepithelzellen und induziert den Abbau von Zell-Zell-Kontakten [1]. Zur Untersuchung dieser Mechanismen nutzen wir Sphäroide aus Darmkrebszelllinien sowie Organoide aus Biopsien von Patienten mit Leberzirrhose.

Material und Methodik Sphäroide wurden aus der Kolonkarzinomzelllinie HCT116 generiert und die Formation von Zell-Zell-Kontakten mittels Immunfluoreszenz überprüft. Organoide wurden aus Biopsien von Patienten mit Leberzirrhose und Kontrollpatienten isoliert und anschließend differenziert. Die Orientierung der Epithelzellen innerhalb der Organoide wurde mittels Immunfluoreszenz untersucht. Für die Untersuchung bakterieller Effekte auf Zell-Zell-Kontakte wurden Sphäroide und Organoide bis zu 12 Stunden mit aus dem Aszites von Patienten mit Leberzirrhose isolierten Bakterien (Escherichia coli (E. coli), Proteus mirabilis (P. mirabilis)) kokultiviert und mit einem Laborstamm (E. coli) verglichen. Das Profil wichtiger Zell-Zell-Kontakt-Proteine (E-Cadherin, Occludin) wurde mittels Western Blot und Immunfluoreszenzmikroskopie untersucht.

Ergebnisse HCT116 Zellen bildeten Sphäroide aus vitalen Zellen mit klar definierten Zell-Zell Kontakten. Einer Differenzierungsdauer von 7–10 Tagen führte zu einer deutlich veränderten Expression der Differenzierungsmarker ALPI und LGR5 in den Organoiden im Vergleich zu undifferenzierten Kontrollen. Zudem wiesen die Epithelzellen innerhalb der differenzierten Organoide eine einheitliche Orientierung auf. Die Kokultur sowohl von Sphäroiden als auch von Organoiden mit E. coli und P. mirabilis führte zu einem deutlichen Abbau von Occludin bzw. einer Spaltung von E-Cadherin. Die Intensität dieser Effekte war jeweils abhängig von der Dauer der Kokultur sowie der multiplicity of infection (MOI). Eine Kokultur mit hitzeinaktivierte Bakterien hatte dagegen keinen Effekt auf die untersuchten Zell-Zell-Kontakte.

Zusammenfassung Ein umfassendes Verständnis der pathologischen Veränderungen der intestinalen Barriere bei Patienten mit Leberzirrhose ist essenziell für die Entwicklung neuer Therapieoptionen. Unser Organoid-Modell ermöglicht eine patientennahe Untersuchung zentraler Mechanismen der spontan bakteriellen Peritonitis, insbesondere des Abbaus von Zell-Zell-Kontakten. Dadurch schafft es eine fundierte Basis für innovative therapeutische Ansätze.

Publication History

Article published online:
22 April 2025

• Literatur

• 1 Haderer M, 1 Neubert P, 1 Rinner E, 1 Scholtis A, 1 Broncy L, 1 Gschwendtner H, 1 Kandulski A, 1 Pavel V, 1 Mehrl A, 1 Brochhausen C, 1 Schlosser S, 1 Gülow K, 1 Kunst C, 1 Müller M.. 1 Novel pathomechanism for spontaneous bacterial peritonitis: disruption of cell junctions by cellular and bacterial proteases. Gut 2022; 71 (03) 580-592 Epub 2021 Mar 11 33707230PMC8862089