Aus Stammzellen entstehen Knochen in 3D

Forscher lassen Knochengewebe aus Stammzellen in dreidimensionalen Strukturen wachsen

Forschern der University of Tokyo gelang es kürzlich, aus pluripotenten Stammzellen ein knochenähnliches, dreidimensionales Gewebe zu züchten. Wie es das Wort „pluri“ vermuten lässt, handelt es sich bei pluripotenten Stammzellen um „Vielkönnerzellen“. Sie sind in der Lage, sich in fast alle Zellarten auszudifferenzieren. Vor allem embryonale Stammzellen sind pluripotent.

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Das Bild zeigt Röntgenaufnahmen des Knies. Deutlich sichtbar sind die Knochen. Unfälle oder Krankheiten können Knochen so schwer schädigen, dass sie nicht mehr in der Lage sind, ihrer wichtigen Stützfunktion nachzukommen. Bislang gab es keinen Ersatz aus organischem Knochenmaterial. Implantante bestanden aus Metallen oder Kunststoffen. Nun sind japanische Forscher dem Traum vom eigenen Ersatzknochengewebe ein Stück weit näher gekommen. Sie können aus mesodermen Stammzellen neues Knochengewebe in dreidimensionalen Strukturen züchten.

 

In Tokio konnten Wissenschaftler nun erste Erfolge bei Mäusen nachweisen, die es ihnen ermöglichen, Knochen in jeder Form zu erzeugen. Die Ergebnisse lassen sich möglicherweise auch auf den Menschen übertragen.

 

Mesoderm als Ausgangsmaterial für neue Knochen

2014 gelang es Shinsuke Ohba und seinem Team erstmals, knochenbildende Zellen zu züchten. Dafür nutzten sie mesoderme Zellen aus dem Embryoblasten. Das Mesoderm ist während der Embryogenese für die Hervorbringung von unterschiedlichen Zelltypen wie Knochen, Herz, Blutgefäßen, Muskeln und Nieren zuständig. Das Entstehen der neuen Knochenzellen wurde letztlich nur durch vier Moleküle angestoßen. Die bis dahin üblichen starken Verunreinigungen von neuem Knochengewebe entfielen dank dieser Methode. Doch den erschaffenen Zellen fehlte noch die Dreidimensionalität echter Knochen.

Nun jedoch können Gebilde in 3D gezüchtet werden, indem ein schwammartiges Gerüst aus Kollagen als Grundstruktur dient, in die die Knochenzellen hineinwachsen. Dem verwendeten Kollagen hatten die japanischen Forscher zuvor die Fähigkeit genommen, auf Angriffe durch Viren und Bakterien mit einer Immunantwort zu reagieren und die Angreifer zu zerstören, denn die Collagenmoleküle hätten sonst womöglich auch auf die Knochenzellen reagiert. Eine Attacke wäre hier aber alles andere als erwünscht.

 

Knochenkrankheiten sowie den Aufbau und Erhalt der Knochen besser verstehen

Die japanischen Forscher hoffen, dass sich mit dem Verfahren auch menschliches Knochengewebe züchten ließe. Erklärtes Ziel ist es, in Zellkulturen knochenähnliches Gewebe zu züchten. In den dafür erforderlichen Nährmedien sind alle für den Aufbau und den Erhalt benötigten Grundbausteine enthalten. Damit ein funktionsfähiger Knochen entsteht, müssen Osteoblasten, Osteozyten und Osteoklasten zusammenarbeiten.

Mit Hilfe des neuentwickelten Verfahren soll das Wissen über die Entwicklung von Knochenkrankheiten, sogenannten Osteopathien, wie z. B. Osteoporose (Knochenschwund), Osteomyelitis (Knochenentzündung) oder Osteogenesis imperfecta (Glasknochenkrankheit) beständig erweitert werden. Die Hoffnung der Mediziner ist, dass sich mit dieser Methode auch die Entwicklung von neuen Medikamenten gegen die Knochenkrankheiten beschleunigen lässt.

 

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