Mehr Knochengewebe aus Stammzellen

San Diego (USA) - Verletztes oder erkranktes menschliches Gewebe lässt sich theoretisch schon heute mit Hilfe von Stammzellen regenerieren. Dazu werden zunächst im Labor aus den Stammzellen die benötigten Zelltypen angezüchtet – beispielsweise Muskel- oder Knochenzellen – und dann in das Gewebe übertragen. Doch in der Praxis ist das Anzuchtsverfahren noch so wenig effektiv, dass die erzielten Zellmengen für eine erfolgversprechende Transplantation nicht ausreichen. Jetzt ist es amerikanischen Forschern gelungen, die bisherige Methode stark zu vereinfachen und zu beschleunigen. Allein der Zusatz von Adenosin in das Nährmedium reichte aus, um die Produktion von knochenbildenden Zellen aus menschlichen Stammzellen anzuregen. Nach Verpflanzung in geschädigte Schädelknochen von Mäusen entwickelte sich aus solchen Zellen Knochengewebe, das sogar von Blutgefäßen durchzogen war, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Science Advances“.

„Es ist erstaunlich, dass eine einzige Substanz die Entwicklung von Stammzellen bestimmen kann“, sagt Shyni Varghese von der University of California in San Diego, die Leiterin des Forscherteams. Bisher sei ein Cocktail verschiedener Wachstumsfaktoren und anderer Zusatzstoffe nötig gewesen, um menschliche pluripotente Stammzellen in Knochenzellen umzuwandeln. Insbesondere die sogenannten induzierbaren pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen), die aus Hautzellen von Patienten hergestellt werden können, sind von großem Interesse für die regenerative Medizin. Genau wie embryonale Stammzellen haben sie die Fähigkeit, sich unter geeigneten Bedingungen in jeden Zelltyp des menschlichen Körpers weiterzuentwickeln. Die so erzeugten Zellen werden nach einer Transplantation vom Immunsystem nicht abgestoßen, da sie von körpereigenen Zellen abstammen.

Die Forscher kultivierten menschliche iPS-Zellen in einer Nährlösung, der Adenosin zugesetzt war – eine niedermolekulare, im menschlichen Körper vorkommende Verbindung. Sie ist zum Beispiel ein Baustein der Nukleinsäuren DNA und RNA. Es stellte sich heraus, dass Adenosin an ein Rezeptorprotein auf der Oberfläche der Stammzellen andockt. Diese Bindung löst auf noch unbekannte Weise eine Signalkette aus, die bestimmte Genaktivitäten so verändert, dass sich die Stammzellen innerhalb von drei Wochen zu knochenbildenden Zellen, den Osteoblasten entwickeln. Wurden diese Zellen in geschädigte Schädelknochen von Mäusen transplantiert, entstand daraus innerhalb von 16 Wochen neues Knochengewebe. Darin ließen sich auch Blutgefäße und knochenabbauende Osteoklasten nachweisen, die für die natürlichen Umbauprozesse im Knochen wichtig sind. Anzeichen für gutartiges oder bösartiges Tumorwachstum ergaben sich nicht.

Dies sei eine einfache, kostengünstige und effiziente Methode, um menschliche Zellen für regenerative Therapien zu erzeugen, sagt Varghese. In weiteren Arbeiten wollen die Forscher nun herausfinden, welche Prozesse nach der Bindung von Adenosin im Einzelnen ablaufen, wenn sich eine Stammzelle in eine Knochenzelle umwandelt.