Auf der Suche nach dem passenden Modell
Humane Organmodelle eröffnen neue Möglichkeiten Krankheiten besser zu verstehen und Therapien gezielter zu entwickeln. Die COVID-19-Pandemie bot dafür einen wissenschaftlichen Präzedenzfall: Innerhalb kürzester Zeit nutzte die Forschung eine Vielzahl von Zell-, Organoid- und Gewebemodellen, um dieselbe Erkrankung zu untersuchen. Wissenschaftler*innen des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) und weiterer Forschungseinrichtungen haben 558 COVID-19-Studien systematisch ausgewertet. Im Interview erklären die Autor*innen Maren Hülsemann, Silke Kniffert, Ulf Tölch und Andreas Hocke, welches Potenzial in humanen Organmodellen steckt und warum uneinheitliche Methoden und lückenhafte Berichterstattung ihre Aussagekraft noch immer einschränken.
Welche Fragestellung wollten Sie beantworten, was hat Sie besonders interessiert?
Erstmals wurden humane Organmodelle innerhalb kürzester Zeit von einer breiten wissenschaftlichen Gemeinschaft eingesetzt, um dieselbe Erkrankung zu untersuchen: COVID-19. Die Pandemie schuf damit einen wissenschaftlichen Präzedenzfall, den wir systematisch wissenschaftlich betrachten wollten. Anhand von 558 Studien über Covid-19 analysierten wir, welchen Beitrag unterschiedliche Zell-, Organoid- und Gewebemodelle zum Verständnis relevanter Wirtsfaktoren, der Virusreplikation und früher Immunantworten leisten konnten. Besonders interessierte uns, ob sich die Ergebnisse zu einer belastbaren, vergleichbaren und translational nutzbaren Evidenzbasis zusammenführen lassen.
Welche spezifischen Herausforderungen gab es bei der Entwicklung Ihres Ansatzes?
Die größte Herausforderung war die enorme Heterogenität des Forschungsfeldes. Modelle, Zelltypen, experimentelle Verfahren und Endpunkte wurden sehr unterschiedlich bezeichnet und häufig nicht ausreichend beschrieben. Deshalb mussten wir eigene Klassifikationen und ein detailliertes Extraktionsverfahren entwickeln. Hinzu kam, dass für In-vitro-Studien bislang keine etablierten Instrumente zur Bewertung des Verzerrungsrisikos existieren. Zahlreiche Angaben, etwa zu Kulturbedingungen, Replikaten, Normalisierung oder Rohdaten fehlten, sodass die Datenaufbereitung für vergleichende Analysen mit erheblicher manueller Arbeit verbunden war.
Was hat Sie überrascht und gegebenenfalls warum? Was war neu?
Überrascht hat uns die Diskrepanz zwischen der großen Zahl publizierter Studien und der vergleichsweise kleinen Datenbasis, die sich tatsächlich robust zusammenführen ließ. Viele Ergebnisse waren aufgrund unterschiedlicher Messverfahren oder unvollständiger Berichterstattung nicht unmittelbar vergleichbar. Auffällig war außerdem, dass Atemwegsmodelle deutlich dominierten und negative Ergebnisse nur selten berichtet wurden. Neu ist der umfassende Blick über einzelne Modelltypen und Organe hinaus: Unser Review zeigt erstmals anhand eines großen Forschungsfeldes, wie stark methodische Transparenz und Berichtsqualität den wissenschaftlichen Nutzen humaner Organmodelle bestimmen.
Welche Bedeutung könnte der Erfolg für künftige Patient*innen haben?
Gut charakterisierte humane Organmodelle könnten insbesondere bei neu auftretenden Infektionskrankheiten früh zeigen, welche Organe und Zelltypen betroffen sind, wie sich ein Erreger vermehrt und welche Immunreaktionen er auslöst. Sie können außerdem helfen, therapeutische Ansätze gezielter auszuwählen und ungeeignete früher auszuschließen. Dafür müssen die Modelle jedoch reproduzierbar und zwischen Laboren vergleichbar sein. Unsere Arbeit benennt konkrete Voraussetzungen, um aus vielen Einzelbefunden eine verlässlichere präklinische Evidenzbasis zu schaffen und humane Modelle künftig schneller und gezielter für patientenrelevante Fragestellungen einzusetzen.
Wo sehen Sie die translationale Brücke zwischen Forschung und Anwendung?
Die translationale Brücke entsteht durch den systematischen Abgleich experimenteller Befunde mit klinischen Beobachtungen und Patient*innenmaterial. Ein Modell ist nicht allein deshalb aussagekräftig, weil es aus menschlichen Zellen besteht. Es muss nachweislich relevante Krankheitsprozesse abbilden. Klinische Daten können daher die Modellentwicklung leiten, während validierte Modelle mechanistische Untersuchungen und die Prüfung therapeutischer Ansätze ermöglichen. Entscheidend ist ein Gesamtsystem aus geeigneten Modellen, transparenten Methoden, zugänglichen Daten und interdisziplinären Netzwerken, das Grundlagenforschung und klinische Anwendung bidirektional miteinander verbindet.