Stammzellenforschung: Junge Hirnzellen aus alten Blutzellen

Direkte Umwandlung nun möglich

Einem gemeinsamen Forscherteam von Wissenschaftlern des Universitätsklinikums Bonn und des DZNE, dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen, gelang es kürzlich Blutzellen von Erwachsenen in neurale Stammzellen umzuprogrammieren. Erstaunlicherweise erfolgt mit der Reprogrammierung bei den Zellen eine Verjüngungskur. Anhand der neuronalen Stammzellen möchten die Forscher nicht nur neurologische Krankheiten erforschen. Das langfristige Ziel ist klar umrissen: aus den „Wunderzellen“ soll Ersatz für defektes Hirngewebe wachsen. Die Ergebnisse der gemeinsamen Forschungsarbeit veröffentlichten die Bonner Wissenschaftler in der Fachzeitschrift „Natur Communications“.

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Bonner Forschern gelang es, Blutzellen direkt in neuronale Stammzellen umzuwandeln und aus diesen Gehirnzellen entstehen zu lassen. Das Verfahren hat noch einen weiteren Effekt: Bei den Zellen werden altersbedingte Markierungen gelöscht, sodass die neu entstandenen Zellen einen Verjüngungseffekt erfuhren.

 

Den Ausgangsstoff für ihre Untersuchungen bildeten ganz normale weiße Blutkörperchen, die sich mit einer einfachen Blutabnahme gewinnen lassen. Die weißen Blutkörperchen wurden zuvor erwachsenen Spendern entnommen. Die Spender hatten ein ganz unterschiedliches Alter. Im nächsten Schritt wurden in die Leukozyten zwei Transkriptionsfaktoren eingeschleust. Dabei handelt es sich um Proteine, die sehr zielgerichtet die Aktivität bestimmter Gene beeinflussen und die Steuerung übernehmen.

Mit diesem Verfahren gelang es, die weißen Blutkörperchen so umzuprogrammieren, dass neuronale Stammzellen entstanden. Dieser Stammzelltyp kommt normalerweise im Gehirn und Rückenmark vor. Aus ihm gehen verschiedene Typen von Nervenzellen hervor. Aus den reprogrammierten Stammzellen lassen sich beispielsweise die verschiedenen Gewebetypen des menschlichen Gehirns züchten. Es besteht zum Großteil aus unterschiedlichen Arten von Gliazellen.

Die in die Zellen eingeschleusten Transkriptionsfaktoren gehen später wieder verloren, da sie nicht stabil sind. Die Blutzellen werden zwar in Gehirnzellen umgewandelt, jedoch nicht genetisch in irgendeiner Form verändert. Dies ist möglich, da jede Zelle in der DNA den Bauplan für alle Zelltypen enthält. Welche Stellen gerade abgelesen werden, bestimmt ihr im Körper zugewiesener Platz und damit ihre Aufgabe.

 

Verjüngung lässt alte DNA-Methylierung einfach verschwinden

Jeder Zelltyp hat daher typische Markierungen, die als eine Art Lesezeichen fungieren. Dies ist die sogenannte DNA-Methylierung. Im Laufe des Alterungsprozesses werden bestimmte Gene mit einem entsprechenden Etikett versehen und dadurch an- oder abgeschalten. Die Zellen weisen daher altersbedingt ein charakteristisches Genaktivitätsmuster auf. Das Muster von alten Zellen unterscheidet sich vom Muster von jungen Zellen.

Zur Überraschung der Wissenschaftler kam es bei alten Blutzellen mit der Umwandlung zu einem Verjüngungseffekt. Die altersbedingten Lesezeichen wurden entfernt. Dadurch unterschieden sich die umgewandelten neuronalen Stammzellen im Hinblick auf ihre Genaktivität nicht von den Stammzellen eines Neugeborenen. Diese jugendlichen Zellen sind fitter, denn sie sind besonders teilungsfreudig und noch nicht durch Umwelteinflüsse und Krankheiten geschädigt. Experten gehen davon aus, dass sich diese Stammzellen deswegen besonders gut für Gewebeersatz-Therapien eignen. Doch nicht alle Patienten können auf ein eigenes Stammzelldepot mit neonatalen Stammzellen zurückgreifen: Entweder weil die Technik zur Aufbewahrung zum Zeitpunkt der Geburt noch nicht vorhanden war oder die Eltern leider nicht die Weitsicht besaßen und auf die Einlagerung der Stammzellen verzichteten. In diesen Fällen müssen andere Wege bei individualisierten Therapien beschritten werden.

 

Ohne Umwege aus weißen Blutkörperchen direkt Hirnzellen zu züchten, nutzt effektiver Laborkapazitäten

Das Züchten von Hirnzellen aus weißen Blutkörperchen ist für die Forschung nicht die große Neuigkeit. Dies ist bekannt. Um das Ziel zu erreichen, mussten die Wissenschaftler bislang einen Umweg gehen: Blutzellen wurden zunächst in sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen umgewandelt. Diese Zellen haben quasi embryonale Eigenschaften und können sich in viele unterschiedliche Zelltypen ausdifferenzieren. Erst im zweiten Schritt erfolgte dann die Differenzierung der IPS-Zellen in neuronale Stammzellen.

Das bisherige Verfahren dauerte durchaus vier Monate. Mit dem jetzt erprobten Verfahren benötigen die Forscher nur noch zwei Wochen. Die Abkürzung, ohne Umweg über IPS-Zellen, gewinnt also Zeit. So lassen sich Ressourcen in Labors und Bioreaktoren deutlich effizienter nutzen. Das senkt die Kosten und dürfte letztlich die Erforschung von Hirnkrankheiten erleichtern. Es wird für Mediziner und Forscher nun einfacher, bei Patienten mit seltenen neurologischen Störungen Hirngewebe zu züchten, um so den Mechanismen der Krankheit auf die Spur zu bekommen. Ohne diese wichtige Grundlagenforschung können wiederum keine neuen Behandlungsansätze entwickelt werden.

 

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