Stammzellen & Blutgefäße

Wie Stammzellen die Stammzellnische im Knochenmark erreichen

Blutstammzellen sind ein wichtiger Baustein in der Therapie von Blutkrebs, wie die Leukämie umgangssprachlich häufig genannt wird. Zunächst werden die kranken, hämatopoetischen Stammzellen des Patienten im Knochenmark abgetötet und im Anschluss gesunde, blutbildende Stammzellen eines Spenders transplantiert. Sie ersetzen die alten Stammzellen und starten die Blutbildung neu. In der Regel werden die Spender-Stammzellen über einen Venenkatheter implantiert und finden über den Blutkreislauf und die Blutbahnen von allein den Weg zum „Bestimmungsort“ – dem Knochenmark. Bislang jedoch war relativ unbekannt, wo und wie die hämatopoetischen Stammzellen aus den Blutgefäßen ins Knochenmark migrieren, indem sie geeignete Stellen in den Knochenmarksgefäßen nutzen.

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Für viele Leukämie-Patienten bedeutet die Stammzellentransplantation Hoffnung auf Heilung. Obwohl das Verfahren seit vielen Jahrzehnten bereits erfolgreich eingesetzt wird, war bislang unklar, wie die Spenderstammzellen das Knochenmark neu besiedeln können. Forscher aus Münster brachten jetzt Licht ins Dunkel.

 

Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster haben sich dieser Frage angenommen und Licht ins Dunkel gebracht. Mit einem hochmodernen Lasermikroskop gelang es ihnen, zu beobachten, wie sich die Dynamik des Blutflusses in intakten Blutgefäßen des Knochenmarks gestaltet. Sie konnten das komplette Geschehen live vermessen. Nun ist es möglich, Strömungsbedingungen zu identifizieren, die notwendig sind, damit Stammzellen die Blutgefäße verlassen und ihre Knochenmarksnische finden können. Die Erkenntnisse der münsteraner Forscher veröffentlichte jüngst die angesehene Fachzeitschrift „Cell Reports“.

 

Den Geheimnissen des Knochenmarkes auf der Spur

Das Knochenmark ist gut durchblutet und wird durch die vielen Blutgefäße optimal mit Sauerstoff versorgt. Bislang vermuteten Wissenschaftler lediglich, dass sich blutbildende Stammzellen allerdings nur ansiedeln können, wenn der Sauerstoffdruck in der Stammzellnische im Knochenmark hinreichend niedrig ist. Um diese Hypothese genauer untersuchen zu können, haben die Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut eine neue Mikroskopiemethode entwickelt, um den Blutfluss in intakten Blutgefäßen in Echtzeit beobachten zu können. Nur so ist es möglich, das Netzwerk aus Blutgefäßen im Knochenmark und den daraus resultierenden Blutfluss naturgetreu zu untersuchen.

Zum Einsatz kam ein Multiphotonen-Mikroskop. Mit ihm lassen sich tiefe Bereiche von intakten, lebenden Gewebe schonend beobachten. Es können selbst Faserstrukturen des Knochenkollagens ohne Färbung sichtbar gemacht werden, wie die Wissenschaftler zu bedenken geben. Doch für das Untersuchungsvorhaben war zunächst noch eine technische Aufrüstung des Lasermikroskops notwendig, um schnelle Serienbilder des Blutflusses aufnehmen zu können. Nur so ließen sich die durch die Gefäße flitzenden Blutkörperchen verfolgen. In den unterschiedlichen Gefäßtypen entstand damit eine Live-Animation des Blutflusses.

Knochenmark gibt es an verschiedenen Stellen im Körper – beispielsweise im Beckenkamm, den Oberschenkelknochen oder dem Schädel. Da der Oberschenkelknochen sich durch dicke Strukturen auszeichnet, konzentrierte sich das Forscherteam auf den Schädelknochen. Bei Mäusen ist die Schädeldecke ziemlich dünn. Die darin enthaltenen Blutgefäße sind somit relativ leicht zugänglich. Es herrschen also beste Voraussetzungen für die Untersuchung.

 

Ein bestimmter Gefäßtyp im Knochenmark bildet ein Geflecht aus Blutgefäßen

Mithilfe von fluoreszierenden Antikörpern konnten die Forscher zeigen, dass die Blutgefäße des Knochenmarks in der Schädeldecke ähnlich aussehen wie die Blutgefäße im Oberschenkelknochen. Ferner war es den Wissenschaftlern möglich, verschiedene Typen von Blutgefäßen im Knochenmark zu identifizieren. Darunter ist ein bestimmter Typ, der ein Geflecht bildet. In diesem Geflecht ist der Blutfluss sehr heterogen, d. h. sehr ungleichmäßig. Damit entstehen Bereiche, wo der Blutfluss tatsächlich sehr gering ist. Wenn wenig fließt, entstehen auch weniger Scherkräfte, die strömungsbedingt sind. Genau an diesen Stellen können hämatopoetische Stammzellen sich an die Gefäßwand anheften und im nächsten Schritt in das Knochenmark auswandern.

Die mit dem Lasermikroskop gemachten Aufnahmen zeigen, wie sich die Blutstammzellen innerhalb von Stunden nach einer Transplantation an die Gefäßinnenwände im Knochenmark anheften und beginnen, die umliegende Stammzellnische zu besiedeln, indem sie in das Gewebe migrieren. Bereits nach rund 24 Stunden haben die allermeisten Stammzellen die Gefäßwand passiert und verbleiben stationär im Knochenmark.

Die Forscher aus Münster wollen weitermachen, denn noch ist unklar, inwieweit die Stammzelle allein die Auswanderungsstelle bestimmt oder ob die Zellen der Gefäßinnenwände dabei eine aktive Rolle spielen. Die Frage, was die hämatopoetischen Stammzellen nach der Migration in der Nische genau machen, ist ebenfalls noch unbeantwortet. Die neue Mikroskopie-Methode wird darauf hoffentlich ebenfalls Antworten liefern.

 

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