Over the last few decades, various models have been established within gastroenterological research that have significantly contributed to a better understanding of the (patho)physiological processes of various gastrointestinal (GI) diseases (inflammation, organ injuries, carcinomas). This review will focus on such models including genetically engineered mouse models (GEMMs), xenografts, and organoid-based culture systems. GEMMs laid the foundation for successful modeling of such diseases. These have the decisive advantage that diseases can be assessed in their physiological environment and thus allow the examination of cell-cell communications of various cell types (epithelium, fibroblast, immune cells). However, the discrepancy between the genetic background of mice and humans reflected a pivotal disadvantage that could at least partially be circumvented by transplanting human cells into immunocompromised host animals. The time-consuming and labor-intensive generation of such xenograft models, however, considerably limits their usefulness for timely preclinical drug screenings. Thus, novel organoid-based human cell culture systems from adult stem cells or pluripotent stem cells are a promising human tool for modeling GI diseases. The first results already show their usefulness in the regulation of adult tissue homeostasis, regeneration, and tumor development. In addition, this system can be easily established in clinical diagnostics and thus enables real-time ex vivo pharmacotyping to develop personalized therapy strategies, particularly for cancer patients.
Über die letzten Jahrzehnte haben sich verschiedene Modelle in der gastroenterologischen Forschung etabliert, die erheblich dazu beigetragen haben die (patho-)physiologischen Prozesse verschiedener gastrointestinaler (GI) Krankheiten (Entzündungen, Organverletzungen, Karzinome) besser zu verstehen. Dieser Review konzentriert sich auf solche unterschiedlichen Modelle, darunter genetisch veränderte Mausmodelle (GVMM), Xenografts und organoidbasierte Kultursysteme. GVMMs legten dabei den Grundstein zur erfolgreichen Modellierung dieser Krankheiten. Diese haben den entscheidenden Vorteil, dass Erkrankungen in ihrer physiologischen Umgebung beurteilt werden können und erlauben so den Einfluss verschiedener Zelltypen (Epithel, Fibroblast, Immunzellen) zu untersuchen. Die Diskrepanz zwischen Maus und Mensch beinhaltet jedoch einen entscheidenden Nachteil, der zumindest teilweise durch Transplantation humaner Zellen in immungeschwächten Wirtstieren umgangen werden konnte. Die zeit- und arbeitsintensive Generierung von solchen Xenograftmodellen schränkt jedoch deren Nützlichkeit für ein zeitnahes präklinisches Screening erheblich ein. Neuartige organoidbasierte humane Zellkultursysteme aus adulten Stammzellen oder pluripotenten Stammzellen sind ein vielversprechendes humanes Tool zur Modellierung von GI-Erkrankungen. Bereits heute zeigen erste Ergebnisse deren Nützlichkeit in der Regulation adulter Gewebehomöostase, Regeneration und Tumorentwicklung. Darüber hinaus lässt sich dieses System einfach in der klinischen Diagnostik für Tumorpatienten etablieren und ermöglicht so eine zeitnahe Ex-vivo-Pharmakotypisierung, um personalisierte Therapiestrategien zu entwickeln.
Keywords: Mouse models; Organ-on-a-Chip; Organoids; Personalized medicine; Xenografts.
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