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Medizin
02. Juli 2013

Mikromilieu von Stammzellen im Labor nachgebildet

Wie werden Stammzellen von ihrer Umgebung beeinflusst? Um dies besser zu verstehen, haben Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden, der Medizinischen Fakultät der TU Dresden und dem DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien das Mikromilieu von Stammzellen im Labor nachgebildet. Sie haben dabei eine Matrixstruktur entwickelt, in der menschliche Blutstammzellen dreimal schneller wachsen als unter bisher angewandten Bedingungen. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Methods publiziert.

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Schöner Wohnen für Stammzellen

In der Natur sind Stammzellen in eine sogenannte extrazelluläre Matrix aus dreidimensional miteinander verknüpften Biomakromolekülen eingebettet, die als Leitstruktur zur Anhaftung und Migration der Zellen im Gewebe sowie zur lokalisierten Bereitstellung löslicher Botenstoffe dient. Derartige Matrixstrukturen in definierter Weise nachzuformen - ein vorrangiges Ziel der aktuellen Biomaterialforschung - erwies sich bisher als schwierig.

Durch das Dresdner Team wurde nun eine Methode entwickelt, mit der die von Zellkulturen produzierte extrazelluläre Matrix auf Oberflächen verankert werden kann. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass Zellen auch im Labor unter geeigneten Kulturbedingungen charakteristische Strukturen aus extrazellulärer Matrix absondern. Mit Hilfe einer wenige Nanometer dünnen, aber reaktiven Polymerschicht werden diese Strukturen auf dem Zellkulturträger chemisch angebunden und dadurch zurückgehalten, wenn anschließend die Zellen abgelöst werden. Auf diese Weise können Zellkulturträger hergestellt werden, die biomolekulare und physikalische Signale des natürlichen Mikromilieus der Zellen im Labor originalgetreu nachvollziehen lassen.

Konkret wurde dieses Prinzip für die Kultur von Blutstammzellen aus dem Knochenmark des Menschen angewandt, die bei der Behandlung von Leukämie transplantiert werden. Dazu wurden mesenchymale Stammzellen, ein im Knochenmark vorkommender Stammzelltyp, genutzt. Die Eigenschaften der von diesen Zellen in Kultur erzeugten extrazellulären Matrix wurden genau untersucht, und es wurde nachgewiesen, dass durch die Kulturbedingungen die Zusammensetzung und Struktur der Matrix verändert werden kann. Anschließend wurden menschliche Blutstammzellen für mehrere Tage im Labor in Kontakt mit verschiedenen Varianten der fest verankerten, Knochenmark-typischen extrazellulären Matrix gebracht. Verglichen mit bisher dafür angewandten Kulturbedingungen konnten die Zellen dadurch etwa dreimal schneller vermehrt werden – ohne Einschränkung ihrer Funktionalität, wie durch Transplantation im Tiermodell bewiesen wurde.

Die entwickelte Methodik bietet vielfältige Möglichkeiten zur Entschlüsselung und Modulation von Signalen, die Stammzellen aus verschiedenen Geweben durch ihre Mikroumgebung steuern lässt und kann so für die Erkundung von neuen zellbasierten Therapien genutzt werden.

Literaturhinweis:
Tightly anchored tissue-mimetic matrices as instructive stem cell microenvironments
Marina K. Prewitz, Philipp F. Seib, Malte von Bonin, Jens Friedrichs, Aline Stißel, Christian Niehage, Karin Müller, Konstantinos Anastassiadis, Claudia Waskow, Bernd Hoflack, Martin Bornhäuser, Carsten Werner, Nature Methods, http://dx.doi.org/10.1038/nmeth.2523.

 

Quelle: Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e. V.


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