Fruchtbare Eierstöcke aus Stammzellen

Ovarien aus dem 3D-Drucker - dank Tissue Engineering

Wissenschaftlern gelang es kürzlich, unfruchtbaren Mäusen eine Eierstockprothese einzusetzen. Die Mäuse brachten im Anschluss gesunden Nachwuchs zu Welt. Was zunächst ziemlich schräg klingt, bedeutet jedoch Hoffnung für viele Frauen, die auf natürlichem Weg keine Kinder bekommen können.

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Zu den Grundbedingung für einen erfüllbaren Kinderwunsch gehören funktionsfähige Eierstöcke, die Hormone und befruchtungsfähige Eizellen produzieren. Ist dies nicht der Fall, müssen Mediziner die Diagnose „Unfruchtbarkeit“ stellen. Dank Tissue Engineering und 3D-Druck-Verfahren könnte bald ein neuer Therapieansatz zur Verfügung stehen.

 

Müssen sich Frauen im gebärfähigen Alter aufgrund einer Krebserkrankung einer Chemotherapie unterziehen, so leidet nicht nur die Psyche. Die Nebenwirkungen der Chemotherapie sind immens: Permanente Übelkeit, Haarausfall oder chronische Müdigkeit gehören zu den Begleiterscheinungen. Doch die Zytostatika greifen nicht nur die entarteten Krebszellen an, sie wirken auch auf gesunde Zellen ein. So kann es passieren, dass die Eizellen in den Eierstöcken angegriffen werden. Die Frauen können dann auf natürlichem Weg keine Kinder mehr bekommen. Deswegen wird ihnen bereits heute empfohlen, bei Kinderwunsch vor der Chemotherapie Eizellen entnehmen und einfrieren zu lassen. Doch für diese Vorsorge-Maßnahme muss die Krebserkrankung Raum lassen. In Zukunft könnte ein neues Verfahren betroffenen Frauen helfen, denn Stammzellenforscher können aus Stammzellen mittlerweile ein Gewebe züchten, das ähnlich wie das Eierstock-Gewebe Eizellen bilden kann. Wird dieses Gewebe im 3D-Druck-Verfahren in eine entsprechend geformte Matrix eingebracht, entstehen sogenannte Eierstockprothesen. Diese Imitate könnten Krebspatientinnen oder Frauen mit vorzeitigen Wechseljahren eingepflanzt werden. Über ihre Versuche an Mäusen berichtete kürzlich eine Forschergruppe von der Northwestern University in Illinois (USA) im Fachblatt „Nature Communication“.

 

Eierstockprothese mit Hilfe 3D-Druckers und Hydrogel hergestellt

Mithilfe eines 3D-Druckers platzierten die Forscher Zellschicht für Zellschicht des Eierstockgewebes übereinander. Die Zellen werden dabei in ein Hydrogel aus Gelatine gedruckt. Es fungiert als Gerüst. Im nächsten Schritt wurden in dieses Gerüst unreife Eizellen eingesetzt. Die so entstandene Bioprothese pflanzten die Wissenschaftler Mäusedamen einen, bei denen sie zuvor die Eierstöcke entfernt hatten.

Das so geschaffene, künstliche Organ war in der Lage, einen normalen Eisprung hervorzubringen. Die Eizellen waren herangereift und auch befruchtungsfähig. Am Ende kamen gesunde Mäusebabys auf der Welt. Die künstlichen Eierstöcke konnten sogar den Hormonhaus der weiblichen Mäuse regulieren. Dies ist eine wichtige Funktion der Eierstöcke, die sie neben der Produktion von reifen Eizellen in der fruchtbaren Phase – also von der Pubertät bis zur Menopause – übernehmen. Die Ovarien leiten beispielsweise bei Mädchen die Pubertät ein. Werden Mädchen ohne Eierstöcke geboren, so muss mittels künstlicher Hormone der Reifeprozess zu gegebener Zeit initiiert werden.

Eine künstliche Eierstockprothese muss jahrzehntelang funktionieren. Daher ist es wichtig, dass sich die sogenannten Nährzellen wohlfühlen. Diese Follikelzellen haben zwei konkrete Aufgaben: Sie sind einerseits für das Heranreifen der Eizellen zuständig, andererseits produzieren sie Hormone. Das jetzt entwickelte Grundgerüst aus dem 3D-Drucker schafft Überlebensvorteile für die Nährzellen, denn es garantiert eine stabile Gelatine-Struktur und simuliert so die natürliche Struktur der Eierstöcke sowie die Lage der Zellen innerhalb des Gewebes. Beim Druck des Gels achteten die Wissenschaftler darauf, dass sie Poren schufen, in denen die Follikelzellen geschützt liegen. Die Poren sorgen außerdem dafür, dass Körperflüssigkeiten Nährstoffe heran- und Abfallstoffe abtransportieren können.

 

Eizellen und Samenzellen aus IPS-Zellen

Bislang ist jedoch unklar, ob ein so hergestelltes Gewebe auch im menschlichen Organismus funktionieren würde. Das Eierstockgewebe beim Menschen ist wesentlich größer als bei Mäusen. Es muss folglich auch stärker durchblutet werden, um eine ausreichende Versorgung zu gewährleisten. Bislang jedoch sind Wissenschaftler noch nicht in der Lage, künstliche Blutgefäße in das Gewebe einzubringen. Bei kleinen Nagetieren wie Mäusen fällt dies zunächst nicht ins Gewicht. Die Retortenorgane sind klein genug, um allein durch die Diffusion mit Nährstoffen versorgt zu werden. Beim Menschen reicht dies jedoch nicht aus.

Beim Homo sapiens ist auch noch nicht geklärt, woher die eizellbildenden Stammzellen stammen sollen, denn nur sie können befruchtungsfähige Eizellen heranreifen lassen. Wie dieser Stammzelltyp aus embryonalen Stammzelllinien gewonnen werden kann, ist bereits erforscht. Gingen Reproduktionsmediziner diesen Weg, würden die Zellen allerdings das Erbgut einer anderen Frau in sich tragen und könnten vom Immunsystem der Patientinnen als fremd erkannt werden. Um Abstoßungsreaktionen zu vermeiden, müsste die Frau womöglich für einen langen Zeitraum Immunsuppressiva einnehmen. Diese wiederum haben starke Nebenwirkungen. Um Frauen all das zu ersparen, arbeiten die Forscher daher an einer Methode, um der Patientin eigene Bindegewebszellen zu entnehmen und in den Wunschzelltyp ausdifferenzieren zu lassen. Dieses Verfahren nennen Fachleute „Reprogrammierung induzierter, pluripotenter Stammzellen“. Dabei werden in der Regel normale Hautzellen in einen quasi-embryonalen Zustand zurückversetzt. Der Vorteil dieser Methode liegt auf der Hand: Mutter und potentieller Nachwuchs wären genetisch verwandt.

Die Reprogrammierung von Stammzellen in Keimzellen, also Samenzellen und Eizellen, ist Forschern bereits gelungen. Jedoch ist dieser Vorgang mit großen ethischen Bedenken verbunden, denn es handelt sich um einen aktiven Eingriff in die Keimbahnen. Entsprechende Tests wurden daher bislang nicht genehmigt, somit ist noch immer ungeklärt, ob aus künstlich erzeugten Keimzellen langfristig überhaupt gesunde Nachkommen entstehen würden.

 

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