Künstliches Knochenmark

Neue Heimat für hämatopoetische Stammzellen im Labor entwickelt

Die Entwicklung eines künstlichen Knochenmarks durch Schweizer Forscher könnte die Kultivierung von Stammzellen revolutionieren. Es soll die die Funktionsfähigkeit der hämatopoetischen Stammzellen über längere Zeit erhalten und so helfen, Blutzellen zu bilden. Das vorgestellte Labormodell dient der Erforschung von Leukämien, wie die Forscher im Fachmagazin PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) schreiben.

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Das Knochenmark übernimmt die wichtige Aufgabe. Auch künstliches Knochenmark muss die Überlebensfähigkeit der hämatopoetischen Stammzellen gewährleisten und ihr Differenzierungspotential bewahren. Nur so ist eine Vermehrung von Blutstammzellen im Labor möglich und damit das langfristige Ziel „künstliches Blut“ und „künstliche Blutkonserven“ möglich.

 

Das Knochenmark übernimmt die wichtige Funktion der Blutbildung

Das Knochenmark macht beim Menschen rund 4 % der Gesamtkörpermasse aus. Es hat jedoch eine enorm wichtige Funktion, denn es ist für die Bildung aller Blutzellen zuständig. Und der Körper braucht beständig neue rote Blutkörperchen (Erythrozyten), weiße Blutkörperchen (Leukozyten) sowie Blutplättchen (Thrombozyten). Bei einer normal ablaufenden Hämatopoese werden daher täglich rund 500 Milliarden Zellen produziert und an das Blut abgegeben.

Die hämatopoetischen Stammzellen sitzen dabei in ihrer Stammzellnische „Knochenmark“. Es handelt sich um knöcherne Nischen, die die Vorläuferzellen mit allen notwendigen Nährstoffen versorgen. Obwohl die hämatopoetischen Stammzellen auch außerhalb des Knochenmarks eine Überlebensfähigkeit besitzen, stellten sie die Stammzellforschung bislang vor eine große Herausforderung: In Zellkulturen verlieren die blutbildenden Stammzellen recht schnell ihre Eigenschaften, die sie als Stammzellen auszeichnen. Dadurch ist eine Vermehrung und Differenzierung in ausreichender Zahl sehr schwierig und zeitlich begrenzt. Dies ist mit ein Grund dafür, warum es bislang nicht gelang, Blutzellen im Labor in größeren Mengen zu kultivieren.

 

Künstliche Blutkonserven noch in weiter Ferne

Im Universitätsspital Basel schielen die Mediziner im Moment noch nicht auf den ganz großen Wurf – das künstliche Blut und damit die künstliche Herstellung von Blutkonserven. Als primäres Ziel der Forschungsarbeiten wird etwas anderes verfolgt. Die Ärzte möchten im Labor die Blutbildung nachstellen können, um so Krankheiten wie Leukämien besser zu verstehen. Beim „Blutkrebs“ werden im Knochenmark Zellklone gebildet. Bislang kann Leukämie nur geheilt werden, indem die Stammzellen im Knochenmark per Chemotherapie und Bestrahlung zerstört werden. Im Anschluss erfolgt die Etablierung eines komplett neuen blutbildenden Systems durch eine allogene Stammzellentransplantation, die jedoch mit Risiken verbunden ist.

Damit sie das künstliche Knochenmark rekonstruieren konnten, musste es gelingen die biologischen Eigenschaften der natürlichen Stammzellnische Knochenmark nachzuahmen. Im ersten Schritt erschufen die Baseler Forscher aus Keramik eine knochenmarksähnliche 3D-Struktur und erhielten so ein synthetisches Stützgerüst. Im zweiten Schritt besiedelten die Wissenschaftler das künstliche Knochenmark mit mesenchymalen Stromazellen und Osteoblasten. Dadurch entstand eine extrazelluläre Matrix. Sie wurde von den später im künstlichen Gewebe angesiedelten hämatopoetischen Stammzellen als neue Heimat akzeptiert. Die blutbildenden Alleskönnerzellen begannen mit der Produktion von Blutzellen, die sie im Anschluss an die umgebende Flüssigkeit abgaben. Sie verloren dabei nicht ihre Differenzierungsfähigkeit.

 

Individuelle zellbasierte Therapien für Blutkrebs-Patienten sind nun testbar

Das künstliche Knochenmark eröffnet viele neue Möglichkeiten, die Regenerative Medizin weiter voranzubringen. Zum einen lassen sich damit die Faktoren, die bei der Blutbildung im Menschen eine große Rolle spielen, besser erforschen. Zum anderen kann das künstliche Knochenmark auch das Screening von Medikamenten vereinfachen. Bei diesen Tests wird die Reaktion einzelner Patienten auf bestimmte Behandlungsoptionen untersucht und im Anschluss die effektivste Methode ausgewählt. In erster Linie wollen die Forscher jedoch gezielte Störungen bei der Blutbildung herbeiführen und so die Entstehung von Leukämien im Labor nachstellen. Davon erhoffen sie sich neue Ansätze zur Therapie der schweren Blutbildungsstörung.

 

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