Behandlung von Verletzungen & Muskelschwund: Optimierte Stammzellentherapie

Hydrogel erhöht Überlebensrate drastisch und verbessert so die Heilungschancen

In der Skelettmuskulatur gibt es mit den Satellitenzellen Muskelstammzellen. Dabei handelt es sich um adulte Stammzellen, die für die Regeneration von Muskelfasern zuständig sind und damit die Selbstheilung nach einer Verletzung forcieren. Doch die Fähigkeit zur Regeneration lässt mit dem Alter nach. Es kommt dann zum altersbedingten Muskelschwund. Und auch bei schweren Verletzungen kommen die Satellitenzellen an ihre Grenzen.

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In Zukunft könnte ein spezielles, neuentwickeltes Hydrogel Muskelstammzellen schützen, die nach einer schweren Verletzung implantiert werden. Bislang starben zu viele Zellen aufgrund der oftmals heftigen Immunreaktion ab. Vom neuen Therapieansatz könnten vor allem ältere Patienten und Patienten mit erblich bedingtem Muskelschwund profitieren.

 

Amerikanischen Forschern gelang kürzlich ein wichtiger Durchbruch: Sie können nun die Geweberegeneration beschleunigen, indem Sie Satellitenzellen übertragen. Für die Optimierung des Verfahrens war es wichtig, ein spezielles Hydrogel zu entwickeln, dass zwar künstlich hergestellt wird, aber biologisch ist und so vom Körper auch wieder abgebaut werden kann. Das Hydrogel dient als Transportmittel für die Stammzellen, die die Forscher nun in das verletzte Muskelgewebe transplantieren und vor der Abwehrreaktion des Immunsystems infolge der Verletzung schützen können.

Bei ersten Experimenten mit Mäusen verbesserte sich die Überlebens- und Vermehrungsrate der Stammzellen dank des Gels deutlich. Über die Ergebnisse ihrer Arbeit berichten die Forscher im Fachblatt „Science Advances“. Die optimierte Stammzellentherapie könnte auch einen Ansatz für die Behandlung von Patienten mit Duchenne-Muskeldystrophie (DMD) bieten. Die Erbkrankheit, die meist nur Jungen betrifft, da sie auf dem X-Chromosom vererbt wird, führt zum Abbau der Muskulatur. Die Patienten versterben meist im jungen Erwachsenenalter, wenn die Krankheit die Atemmuskulatur und/oder Herzmuskulatur lähmt.

 

Je älter wir werden, desto weniger Muskeln besitzen wir

Im Laufe des Alterungsprozesses kommt es zu einer Abnahme der Muskelmasse. Dabei sinkt auch die Zahl der Satellitenzellen. Die verbliebenen Zellen bleiben auch nicht so aktiv wie kurz nach der Geburt. Auch sie werden schwächer.

Kommt es dann zu einer Muskelverletzung versammeln sich zunächst Immunzellen in der Wunde. Sie sollen einerseits mögliche, eindringende Krankheitserreger abwehren und kaputte Zellen eliminieren. Andererseits lösen sie vielfach auch die „Rufkette für die Reparaturarbeiten“ aus. Bei älteren Menschen setzen die Immunzellen enorm große Mengen an Abwehrstoffen frei. Wissenschaftler finden vor allem freie Radikale und Zytokine. Würde man jetzt zur Behandlung Satellitenzellen in die Wunde injizieren, überleben diese durch die aggressive Immunreaktion kaum. Die Quote lag bislang lediglich bei 1 bis 20 Prozent Überlebensrate. Diese reicht jedoch nicht aus. Es überleben einfach zu wenige Stammzellen, um nach der Muskelverletzung für eine effektive Regeneration und somit Gewebereparatur zu sorgen.

Um für einen besseren Schutz der Zellen zu sorgen, haben Biotechniker die Stammzellen nun in eine Trägersubstanz eingeschlossen. Sie nutzen dafür Polyethylenglycol und veränderten die Substanz mithilfe eines chemischen Prozesses zu einem dreidimensionalen Netzwerk. In diesem können sich die Satellitenzellen verankern, vermehren und in den Differenzierungsprozess starten. Die synthetische Matrix war gut verträglich und wurde durch körpereigene Enzyme abgebaut.

 

Hydrogel schützt die Satellitenzellen und garantiert damit das Überleben der Stammzellen

Die Wissenschaftler testeten das neue Hydrogel an Mäusen. Unter den Tieren befanden sich sowohl wahre Methusalems, also sehr alte Tiere, als auch Mäuse mit Muskelerkrankungen. Bei allen Tieren war der normale Heilungsprozess nach einer Muskelverletzung gestört.

Eine Gruppe der Tiere bekam die Muskelstammzellen direkt injiziert. Die andere Gruppe erhielt die Stammzellen eingebettet in das synthetische Hydrogel. Bei diesen Tieren überlebten wesentlich mehr Zellen die Transplantation, denn die Stammzellen vermehrten sich im Gel. Nachdem Enzyme das Gel abgebaut hatten, fügten sich die Zellen problemlos in das Muskelgewebe ein und halfen bei der Bildung neuer Muskelfasern mit.

 

Welche Stammzellenquellen könnten für die Therapie zur Verfügung stehen?

Die Stammzellentherapie mit dem Hydrogel könnte ein Segen für Patienten mit schlecht heilenden Muskelverletzungen sein. In diese Kategorie fallen häufig ältere Menschen oder Menschen mit erblich bedingtem Muskelschwund. Doch bevor es an klinische Studien mit Menschen gehen kann, müssen zuvor noch andere Fragen geklärt werden – beispielsweise: Wie lassen sich per Tissue Engineering, einem Teilgebiet der Regenerativen Medizin, möglichst viele Muskelstammzellen erzeugen, die später nicht vom Körper abgestoßen werden? Eine Quelle für die die benötigten Satellitenzellen könnten induzierte, pluripotente Stammzellen des Patienten sein. Sie werden aus adulten Körperzellen z. B. per Hautbiopsie gewonnen und dann im Labor in einen quasi-embryonalen Zustand zurückversetzt. Die sogenannten IPS-Zellen können sich nach der Reprogrammierung zu einer Vielzahl von Zelltypen ausdifferenzieren – so auch zu Muskelstammzellen und weiter zu Muskelzellen. IPS-Zellen haben den Vorteil, dass es sich um körpereigene Zellen handelt, die vom Immunsystem nicht als fremd erkannt und bekämpft werden. Von daher unterbleiben bei einer autologen Stammzellentransplantation die gefürchteten Abstoßungsreaktionen.

 

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