Nicht alle Stammzellen sind gleich

Boston (USA) - Die einzelnen Zellen einer Kultur von Stammzellen mögen gleich aussehen, sie sind es aber nicht. Ein eingebauter genetischer Mechanismus sorgt dafür, dass zu jedem Zeitpunkt in den verschiedenen Zellen unterschiedliche Gene ein- oder ausgeschaltet sind. Das haben amerikanische Forscher jetzt bei Blut bildenden Stammzellen von Mäusen festgestellt. Die natürliche Variabilität sei der Grund dafür, dass man bisher nur einen bestimmten Prozentsatz, nie aber sämtliche Zellen einer Kultur in einen gewünschten Zelltyp umwandeln konnte. Um dieses für therapeutische Anwendungen wichtige Ziel zu erreichen, müsse zunächst eine Vorauswahl von geeigneten Stammzellen getroffen werden, schreiben die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature".

"Auch wenn die Zellen genetisch identisch sind und zum selben Klon gehören, gibt es zu jedem Zeitpunkt einzelne Zellen in der Population, die deutlich anders sind", sagt Sui Huang vom Children's Hospital Boston. Diese Variabilität sei die Basis für die Fähigkeit der Stammzellen, sich in verschiedene Richtungen weiterentwickeln zu können. Huang und seine Kollegen untersuchten, wie Blutstammzellen ihre Entscheidung darüber treffen, ob sie sich in rote oder weiße Blutzellen umwandeln sollen. Sie fanden heraus, dass der Gehalt an dem stammzellspezifischen Protein Sca-1 zwischen verschiedenen Zellen um den Faktor 1000 schwanken kann. Zellen mit niedrigem Sca-1-Spiegel entwickelten sich auf ein entsprechendes Signal hin siebenmal häufiger zu Vorläufern von roten Blutkörperchen als die mit hohem Sca-1-Gehalt. Das Umgekehrte galt für die Entwicklung zu weißen Blutzellen. Die beiden Stammzelltypen unterschieden sich auch im Muster der Aktivitäten von 3900 Genen.

Auf diese Weise können die Zellen auf verschiedene Veränderungen ihrer Umgebung in kontrollierter Weise reagieren, so die Forscher. Für einen therapeutischen Einsatz ist es wichtig, möglichst alle Stammzellen einer Kultur in den gerade benötigten Zelltyp - beispielsweise Muskel-, Nerven- oder Blutzellen - umzuwandeln. Bisher verlief dieser Prozess im Labor aber äußerst ineffizient - nur 10-50 Prozent reagierten auf die zugegebenen Wachstumsfaktoren, sagt Huang. Grund dafür sei die jetzt festgestellte Heterogenität der Zellen. Daher haben die Forscher damit begonnen, in einem vorgeschalteten Schritt zunächst geeignete Zellen aus einer Stammzellkultur abzusondern, mit denen dann effektiver eine gezielte Umwandlung erreicht werden kann.