Mithilfe von Miniaturdärmen aus der Petrischale haben Forscher jene Kräfte entschlüsselt, die der Darmwand ihre innere Form verleiht und ihr damit insbesondere zu den Darmzotten verhilft. Die Ergebnisse der neuen Studie können dabei helfen zu verstehen, wie sich der Darm während der Entwicklung formt – und was dieser Prozess bei Krankheiten schief geht.

Wie das Team mit österreichischer Beteiligung im Fachjournal "Nature Cell Biology" berichtet, wird der Darm von verschiedenen Kräften geformt, die auf die neu entwickelten Zellen einwirken. Spannungskräfte, Kontraktion und osmotischer Druck innerhalb der Flüssigkeit bewirken, dass sich an der Basis der Darmzotten sogenannte "Krypten" bilden, die später Verdauungsenzyme ausschütten werden.

Darm-Organoide aus Maus-Stammzellen

Die Gruppe um Prisca Liberali vom Friedrich Miescher Institut für Biomedizinische Forschung (FMI) in Basel (Schweiz) und Edouard Hannezo vom Institute of Science and Technology (IST) Austria in Klosterneuburg (NÖ) studierte bei in Kulturgefäßen wachsenden Darm-Organoiden aus Maus-Stammzellen, wie sie Form annehmen, und welche Mechanismen dafür wichtig sind.

Zuerst sorgen Signalstoffe – sogenannte Morphogene – dafür, dass die Zellen sich spezialisieren, also quasi als Zotten- oder Kryptenzellen ausgebildet werden. Dann erst erfolgt die eigentliche Morphogenese, also Formbildung. Zuerst entstehen die Darmzotten, danach können auch die Krypten an deren Basis geformt werden.

Drei Kräfte am Werk

Dazu sind drei verschiedene Kräfte wichtig, fanden die Forscher heraus: Zunächst erzeugen Spannungskräfte an der Basis der Darmzotten und Kontraktionskräfte an der Spitze der späteren Krypten eine kleine Einbuchtung. Diese wird durch eine Verringerung des Innenraums (Lumen) mittels Druckkräften innerhalb der Flüssigkeit – die bewirken, dass die Zotten-Zellen anschwellen – stärker ausgeformt. (red, APA, 25.6.2021)