Schöner Wohnen für Stammzellen

25. Juni 2013
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Wie beeinflusst die Umgebung Stammzellen? Um dies zu verstehen, haben Forscher das Stammzell-Mikromilieu nachgebildet. Sie entwickelten eine Matrixstruktur, in der menschliche Blutstammzellen dreimal schneller wachsen als unter bisher angewandten Bedingungen.

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.

Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden, der Medizinischen Fakultät der TU Dresden und dem DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien haben 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.

Erkundung neuer zellbasierter Therapien

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.

Originalpublikation:

Tightly anchored tissue-mimetic matrices as instructive stem cell microenvironments
Marina K. Prewitz et al.; Nature Methods, doi: 10.1038/nmeth.2523; 2013

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Forschung, Medizin

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