Dr. Sophie Hanak
Ausgabe 03/2026
Mini-Organe aus Stammzellen eröffnen der Veterinärmedizin neue Wege in Forschung und Therapie. Als selbstorganisierende dreidimensionale Gewebemodelle schließen Organoide die Lücke zwischen Zellkultur und Tierversuch und ermöglichen realitätsnahe Tests von Wirkstoffen, Infektionen und Krankheitsmechanismen, wie etwa bei der Caninen Atopischen Dermatitis (CAD), deren komplexe zelluläre Fehlsteuerungen sich im Hautorganoid präzise nachbilden lassen.
Der Begriff „Organoid“ etablierte sich im Zusammenhang mit der erstmaligen erfolgreichen Erzeugung isolierter, selbstorganisierender organähnlicher Strukturen aus adulten Stammzellen. Zwar wurden Stammzellen bereits zuvor kultiviert, doch erst 2010 gelang einer Arbeitsgruppe an der Utrecht University um Hans Clevers der entscheidende Schritt: Die isolierten Darmstammzellen wurden unter definierten Bedingungen so kultiviert, dass sie sich selbstständig zu einer dreidimensionalen Struktur mit der typischen Zellvielfalt und Organisation des Darmepithels entwickelten.
„Es gelang erstmals, Stammzellen – in diesem Fall aus dem Darm – zu isolieren und sie unter speziellen Bedingungen so zu differenzieren, dass sie im Grunde die gleiche Zellvielfalt bereitstellen wie im Darm. Diese Nachbildung des Organs wurde dann Organoid genannt“, erklärt Dr. Alexandro Rodríguez-Rojas von der Veterinärmedizinischen Universität Wien.
Die 3R-Prinzipien und der Schritt in die dritte Dimension
Ein zentraler Antrieb für die Entwicklung von Organoiden war die Umsetzung der 3R-Prinzipien (Replacement, Reduction, Refinement), also das Ersetzen, Reduzieren und Verfeinern von Tierversuchen.
„Einer der wichtigsten Gründe für die Organoidkultur war im Zusammenhang mit Tierversuchen für die Entwicklung von Medikamenten zu sehen, insbesondere im Hinblick auf die 3R-Prinzipien“, sagt Dr. Barbara Pratscher von der Vetmeduni.
Traditionell wurden neue Wirkstoffe zunächst in zweidimensionalen Zellkulturen getestet und anschließend in Tiermodellen überprüft. Organoide stellen hier eine methodische Zwischenstufe dar.
„Diese Organoidkultur ist eine 3D-Kultur, die Gewebe eher widerspiegelt als die herkömmliche 2D-Kultur und daher Tierversuche zur Medikamentenentwicklung reduzieren und somit zuverlässigere Ergebnisse für therapeutische Tests liefern kann“, erklärt Dr. Barbara Pratscher.
Die Zellen wachsen in einer dreidimensionalen Matrix und werden mit spezifischen Wachstumsfaktoren versorgt, die ihre Differenzierung steuern. Dadurch entstehen mehrere spezialisierte Zelltypen innerhalb eines organähnlichen Systems. Im Vergleich zu klassischen 2D-Zelllinien bilden Organoide Gewebearchitektur und -funktion deutlich realistischer ab, bleiben jedoch experimentell kontrollierbar.
Anwendungsfelder: Wirkstoffentwicklung, Grundlagenforschung und Infektionsmodelle
Der wichtigste Anwendungsbereich ist die Wirkstoffentwicklung und -testung. Aufgrund ihrer höheren physiologischen Relevanz ermöglichen Organoide eine präzisere Bewertung potenzieller Therapeutika.
Darüber hinaus werden sie in der Grundlagenforschung eingesetzt, etwa zur Untersuchung von Organentwicklung und Differenzierungsprozessen.
Auch Wirt-Pathogen-Interaktionen lassen sich modellieren: Darm- oder Lungenorganoide können gezielt mit Viren oder Bakterien infiziert werden, um Infektionsmechanismen unter kontrollierten Bedingungen zu analysieren.
In einem Projekt zu bakteriellen Darmpathogenen konnte gezeigt werden, welche Toxine von Clostridium perfringens und Clostridium difficile wesentlich zur Gewebeschädigung beitragen. In Organoiden ließ sich zudem prüfen, ob spezifische Antikörper diese Toxine neutralisieren können. Solche Modelle unterstützen die Entwicklung neuer Therapiestrategien.
Ein weiteres Projekt befasst sich mit Bacillus cereus im One-Health-Kontext (dem Zusammenhang der Gesundheit von Mensch, Tier und Umwelt): Da nicht alle dieser Stämme pathogen sind, sollen Organoide helfen, pathogene von nicht pathogenen Varianten funktionell zu unterscheiden. Perspektivisch könnte daraus ein diagnostisches Instrument entstehen, das die Gefährdung durch kontaminierte Lebensmittel differenziert bewertet.
Organoide als Krankheitsmodelle beim Hund
An der Veterinärmedizinischen Universität Wien werden derzeit Darm- und Leberorganoide eingesetzt; Pankreasorganoide befinden sich im Aufbau, Hirnorganoide sind geplant. Die Organoidforschung wurde dort von Prof. Iwan A. Burgener eingeführt, der diese Technologie als Erster an der Universität etablierte und die Arbeiten auf diesem Gebiet aktuell leitet.
Ein Schwerpunkt liegt auf chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen des Hundes. Da Immunzellen eine zentrale Rolle in der Pathogenese spielen, werden Co-Kultursysteme entwickelt, in denen Organoide mit patienteneigenen Immunzellen kombiniert werden. Ziel ist eine möglichst realitätsnahe Modellierung der Erkrankung.
„Mit Organoiden kann man Hypothesen gezielt testen, indem man die Zellen definierten Bedingungen aussetzt und anschließend vergleicht, was sich zwischen schwerer und leichter Krankheitsausprägung unterscheidet“, erklärt Dr. Alexandro Rodríguez-Rojas. Die Analyse erfolgt unter anderem mittels Genexpressionsstudien, Proteomik und Metabolomik.
Kolleg*innen aus Melbourne entwickelten Canine Primary Epidermal Organoids (cPEOs). Diese „Mini-Organe“ werden aus Stammzellen der Hundehaut gezüchtet und bieten eine biologisch präzise Nachbildung der Epidermis. Um die Canine Atopische Dermatitis zu simulieren, behandelte das Team die gesunden Organoide mit spezifischen Entzündungsbotenstoffen (Zytokinen). Dabei zeigte sich, dass die CAD kein einheitlicher Prozess ist, sondern eine Kombination verschiedener zellulärer Fehlsteuerungen. Die Th2-Zytokine verstärken die Zellteilung, während TNF-α den Zelltod fördert und die normale Differenzierung der Hautzellen unterdrückt. Dieses Modell bietet eine kontrollierte Plattform, um die komplexen Krankheitsmechanismen der CAD besser zu verstehen, ohne auf lebende Tiere angewiesen zu sein. Zukünftig könnten diese Organoide dazu dienen, neue Wirkstoffe zu identifizieren und personalisierte Therapieansätze für betroffene Hunde zu testen.
Langfristig eröffnet dieser Ansatz Perspektiven für individualisierte Therapieformen. „Wenn es möglich ist, Zellen von einem Individuum zu gewinnen, können diese kultiviert und individuell getestet werden, um die bestmögliche Therapie für dieses spezielle Individuum zu finden“, sagt Dr. Barbara Pratscher.
Methodische Grenzen und „Dog-on-a-Chip“
Trotz ihrer Stärken haben Organoide klare Grenzen. Sie bilden weder ein vollständiges Immunsystem noch die komplexe Gesamtphysiologie eines Organs ab. Co-Kulturen können einzelne Aspekte ergänzen, ersetzen jedoch kein intaktes Gesamtsystem.
„Ziel ist ein Chip, auf dem unterschiedliche Organoidtypen miteinander verbunden werden, die auch miteinander kommunizieren können“, erklärt Dr. Alexandro Rodríguez-Rojas. Durch kontinuierliche Perfusion lassen sich pharmakokinetische und pharmakodynamische Prozesse simulieren und Stoffwechselprodukte analysieren. Solche mikrofluidischen Systeme kommen der In-vivo-Situation näher als statische Kulturen.
Aufwand und Herausforderungen
Organoidkulturen sind kosten- und zeitintensiver als klassische 2D-Zellkulturen. „Organoide sind etwas teurer und zeitaufwendiger, aber am Ende sind sie näher an der Physiologie und liefern bessere Ergebnisse als 2D-Kulturen“, erklärt Dr. Barbara Pratscher.
Eine weitere Herausforderung ist die Verfügbarkeit geeigneter Gewebeproben. Das Ausgangsmaterial muss frisch verarbeitet werden, um vitale Stammzellen isolieren zu können. In der Veterinärmedizin ist dies nicht immer einfach zu gewährleisten.
Trotz dieser Hürden entwickelt sich die Organoidforschung kontinuierlich weiter. Sie trägt dazu bei, Tierversuche zu reduzieren, Krankheitsmechanismen besser zu verstehen und Therapien gezielter zu entwickeln.
