Beschleunigung der Reifung von Stammzellen zu Nervenzellen

Neuartiges Hydrogel im Einsatz

Aus der Stammzellenforschung gibt es Neuigkeiten: Forscher der Universitätsmedizin Mainz können die Ausdifferenzierung von Stammzellen zu Nervenzellen beschleunigen. Das berichten sie im Fachmagazin „Stem Cell Reports“.

© thomashendele / pixabay.com

Die Natur hat faszinierende Strukturen entwickelt, die sich nicht chaotisch, sondern oftmals nach bestimmten Muster anordnen – wie hier im Bild bei den Blüten der Sonnenblume. Auch im Gehirn sind die Nervenzellen nach einem bestimmten Muster angeordnet. Nun können Stammzellenforscher im Labor Nervenzellen aus Stammzellen entstehen lassen. Sie verwenden dabei ein besonderes Hydrogel, dass die Steifigkeit von Gehirngewebe besitzt und so dafür sorgt, dass die Zellen sich in einer Matrix anordnen und so letztlich auch den Strukturen im Gehirn ähneln. Das Verfahren fördert außerdem die Kontrolle über den Reifungsprozess, der sich dadurch beschleunigen lässt.

 

Wie aus Stammzellen Nervenzellen entstehen: Die Neurogenese ist noch längst nicht vollständig entschlüsselt

Wissenschaftler können erst seit relativ kurzer Zeit steuern, dass sich Stammzellen im Labor gezielt zu Nervenzellen ausdifferenzieren. Denn es ist noch gar nicht lange her, da galt unter Neurologen noch das Dogma: „Im Gehirn gibt es gar keine Stammzellen. Also können auch keine neuen Zellen entstehen.“ Diese These ist widerlegt, denn selbst im adulten Gehirn entstehen tagtäglich neue Nervenzellen. Das haben verschiedene Studien eindrücklich gezeigt.

Doch noch immer laufen Bemühungen, die komplexen Prozesse während der Neurogenese besser zu verstehen. Die Methode, aus Stammzellen neue Nervenzellen zu züchten, steckt quasi noch in den Kinderschuhen. Mainzer Wissenschaftler gelang es jetzt, das Verfahren zu optimieren und die Reifungsprozesse zu beschleunigen.

Zum Einsatz kommt dabei ein Hydrogel, das zu 90 Prozent aus Wasser besteht. Es soll für das künstliche Hirngewebe als Gerüst dienen und gleichzeitig die Entwicklung der Nervenzellen begünstigen. Später wollen die Forscher herausfinden, wie sich die Stammzellen gemeinsam mit dem Hydrogel in zerstörte Hirnregionen injizieren lassen, damit dort neue Nervenzellen entstehen können. Diese Vision bedeutet für viele Patienten Hoffnung. Vor allem Schlaganfall-Patienten und Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), Parkinson oder Demenz werden von diesem Verfahren profitieren.

 

Neuartiges Hydrogel forciert die Ausdifferenzierung der Stammzellen zu Neuronen

Das eingesetzte Biomaterial besitzt einzigartige Fähigkeiten. In der Struktur und Härte lässt es sich so modifizieren, dass die Eigenschaften denen von Gehirngewebe nahezu entsprechen. Das Hydrogel besitzt dieselbe Steifigkeit. Außerdem verfügt es über sogenannte Anhaftungsmoleküle. Sie sollen die Entwicklung von Nervenzellen beschleunigen. Damit haben die Mainzer Wissenschaftler die idealen Voraussetzungen für die Neurogenese, also die Entstehung von Nervenzellen, geschaffen.

Das Hydrogel enthält die im Gehirn natürlicherweise vorkommenden Proteine und außerdem das synthetische Anhaftungsmolekül IKVAV. In Versuchen zeigte sich, dass genau dieses Anhaftungsmolekül bewirkt, dass im Hydrogel aus tierischen Stammzellen generierte Nervenzellen sich zu einer gehirnartigen Matrix anordnen. Die neuronale Oberflächenanhaftung sowie die gehirnartige Steifigkeit des Hydrogels ermöglichen in ihrer Kombination die Kontrolle über die Reifung der Stammzellen.

 

Potentielle Anwendungsgebiete sind die Schlaganfalltherapie oder die Therapie von neurodegenerativen Erkrankungen

Die ersten Versuche mit dem Hydrogel wurden in vitro, d. h. in der Petrischale im Labor durchgeführt. Dabei konnten die Wissenschaftler beobachten, wie die Interaktion der menschlichen Zellen mit dem Biomaterial erfolgt und wie sich die Stammzellen zu Nervenzellen ausdifferenzieren lassen. Für die langfristige Anwendung beim Menschen muss das Hydrogel nun so modifiziert werden, dass einerseits die bisherigen Eigenschaften weitgehend erhalten bleiben, es sich jedoch in geschädigte Hirnregionen per Injektion einbringen lässt. Nur so werden sich vom Schlaganfall betroffene Gehirnareale erreichen und dort die Nervenzellregeneration anstoßen lassen.

 

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