Zellumgebung verjüngt Stammzellen

Aus alt mach jung

Stammzellen sind ein Wunder der Natur und für den Körper von enormer Wichtigkeit. Die Vorläuferzellen sorgen dafür, dass immer wieder neue Körperzellen entstehen. Doch so wie der Mensch altert, altern mit ihm die Stammzellen. Sie verlieren ihre Teilungsfähigkeit und auch Mutationen sammeln sich in ihnen an.

Gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam gelang es Wissenschaftlern von der Universität Ulm, den Alterungsprozess bei anderen Zellen in der Stammzellnische umzukehren – mit erstaunlichen Auswirkungen auf die Stammzellen. Denn es scheint so zu sein, dass sich auch die Stammzellen verjüngen, wenn sich die Zellumgebung verjüngt.

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Ließen sich wirklich mit einer Renovierung des Hauses gleichzeitig die Bewohner verjüngen? In der Stammzellnische Knochenmark könnte das klappen. Die Folge wäre: Gealterte Stammzellen erhielten einen Teil ihrer verlorengegangenen Regenerationsfähigkeit zurück.

 

Stammzellen interagieren in der Stammzellnische mit anderen Zellarten

Hämatopoetische Stammzellen kommen vor allem im Knochenmark vor und sind für die Bildung frischer Blutzellen verantwortlich. Das Knochenmark gehört zu den sogenannten Stammzellnischen. Dort finden die Stammzellen eine ideale Umgebung vor, um ihrer Aufgabe nachzugehen. Sie stehen dabei in engem Kontakt zu anderen Zellarten und tauschen mit diesem über Wachstumsfaktoren und Botenstoffe Informationen aus. Die Stammzellnische muss man sich als eine Art Einhausung vorstellen, die die hämatopoetischen Stammzellen schützt und gleichzeitig hilft, deren Funktion zu regulieren.

Forscher der Universität Ulm und des Cincinnati Childrens’s Hospital Medical Center (Ohio/USA) fanden heraus, dass nicht nur die Blutstammzellen im Knochenmark altern, sondern auch die umgebenden Nischenzellen. Und dieser Alterungsprozess der Nischenzellen beeinflusst wiederum die Regenerationsfähigkeit von Stammzellen. Dem Team gelang es, den beobachteten Effekt umzukehren. Bildlich gesprochen verjüngten die Wissenschaftler das Haus, um dessen Bewohner ebenfalls zu verjüngen.

 

Wird das „Eigenheim“ Stammzellnische renoviert, so verjüngen sich auch die „Bewohner“ Stammzellen

Experten bringen den Alterungsprozess bei den blutbildenden Stammzellen mit einer verminderten Immunantwort und einem steigenden Risiko für Blutkrebs in Verbindung. Die Verjüngung von hämatopoetischen Stammzellen ist den Ulmer Wissenschaftlern bereits gelungen. Nun gelang auch die Umkehrung des Alterungsprozesses in der Stammzellnische. Die untersuchten Auswirkungen verblüffen. Wird das zelluläre „Eigenheim“ renoviert, wirkt sich dies wie eine Frischzellenkur auf die Bewohner aus.

Lange Zeit gingen die Forscher von der These aus, dass die Blutstammzellen nicht anders können und von sich aus altern. Doch immer mehr Beobachtungen deuteten darauf hin, dass auch Alterungsprozesse in den Nischenzellen eine wichtige Rolle spielen und dafür sorgen, dass die Funktionsfähigkeit von blutbildenden Stammzellen beständig abnimmt. Sie sehen dann im wahrsten Sinne des Wortes alt aus. Der Alterungsprozess ist damit kein „Selbstläufer“.

Eine Schlüsselrolle in der Stammzellnische Knochenmark nehmen wohl die Osteoblasten ein. Dieser Zelltyp ist primär für die Bildung von Knochengewebe verantwortlich und hilft beispielsweise beim Knochenumbau nach einem Knochenbruch. Doch Osteoblasten sind eben auch Nachbarzellen der hämatopoetischen Stammzellen und bilden damit das Grundgerüst für die Einhausung.

Bei ihren Untersuchungen entdeckten die Ulmer Forscher, dass gealterte Osteoblasten die Produktion von Osteopontin immer weiter einschränken. Osteopontin ist ein Eiweiß, dass wichtig für die Erhaltung der Knochensubstanz ist. Gleichzeitig spielt es eine wichtige Rolle bei zahlreichen Immunprozessen. Ein Osteopontin-Mangel in den alternden Nischenzellen führt bei hämatopoetischen Stammzellen ebenfalls zu einer Unterversorgung. Die Folgen sind dramatisch, denn die Stammzellen reagieren mit einer reduzierten Stammzellfunktion, d. h. sie fahren ihre Teilungs- und Regenerationsfähigkeit herunter. Dies sind ganz typische Anzeichen für einen Alterungsprozess in den Stammzellen.

 

Das Protein Osteopontin spielt Schlüsselrolle bei der Verjüngung der Stammzellnische und der Blutstammzellen

Normalerweise wären dies für die Forscher schlechte Nachrichten. Doch eine Entdeckung schürt Hoffnung: Der Prozess ist reversibel, d. h. er lässt sich umkehren. Durch die Gabe von Ostepontin können Stammzellen wieder verjüngt werden. Die Wissenschaftler vermuten, dass das Protein die Aktivität eines bestimmten Schalters reguliert. Das Molekül RhoGTPase Cdc42 steuert spezielle Signalübertragungsketten, die letztlich den Ablauf von Alterungs- und Regenerationsprozessen regeln. Osteopontin wirkt genau an dieser Stelle.

Die Hoffnung der Forscher: Verjüngt man die Stammzellnische Knochenmark, führt das dazu, dass gealterte Stammzellen doch wieder gesunde Blutzellen bilden. Die Folgen wären einerseits ein besseres Immunsystem, um Krankheitserreger abzuwehren und defekte Zellen zu eliminieren, anderseits könnte es weniger Leukämie im Alter geben.

Die gefundenen Zusammenhänge wurden zunächst nur im Tiermodell beobachtet. Nun gilt es herauszufinden, ob sich die Beobachtungen auch beim Menschen wiederfinden lassen. Die Entdeckung liefert wertvolle Ansätze für die Behandlung von Patienten. Doch bis eine darauf basierende Stammzellentherapie von den Behörden zugelassen wird, wird die Stammzellenforschung noch einige Zeit benötigen.

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