Optimiert: Stammzelltherapie bei Verletzung und Muskelschwund

Ein spezielles Hydrogel als Trägermaterial verbessert im Tierversuch die Erfolgsquote bei der Transplantation von Muskelstammzellen zur Regeneration von Gewebe
Durch ein Hydrogel übertragene Muskelstammzellen (Satellitenzellen, grün) haben sich an eine Muskelfaser (rot) angeheftet.
Durch ein Hydrogel übertragene Muskelstammzellen (Satellitenzellen, grün) haben sich an eine Muskelfaser (rot) angeheftet.
© Georgia Tech / Han / Jang
Atlanta (USA) - In der Skelettmuskulatur sorgen adulte Stammzellen, die sogenannten Satellitenzellen, für eine schnelle Regeneration von Muskelfasern nach einer Verletzung. Doch bei sehr schweren Verletzungen und altersbedingtem Muskelschwund lässt die Fähigkeit zur Selbstheilung stark nach. Jetzt ist es amerikanischen Forschern gelungen, die Geweberegeneration durch Übertragung von Satellitenzellen zu beschleunigen. Dazu entwickelten sie ein synthetisches, biologisch abbaubares Hydrogel, das als Transportmittel für die Zelltransplantation in verletztes Muskelgewebe diente. In Experimenten mit Mäusen verbesserte das Gel die Überlebens- und Vermehrungsrate der übertragenen Stammzellen, berichten die Wissenschaftler im Fachblatt „Science Advances“. Möglicherweise könnte das Verfahren auch für Patienten mit der Erbkrankheit Duchenne-Muskeldystrophie einsetzbar sein.

„Wenn wir älter werden, nimmt die Muskelmasse ab, die Zahl der Satellitenzellen sinkt, wobei die Zellen, die übrig bleiben, schwächer werden“, sagt Young Jang vom Georgia Institute of Technology in Atlanta. Bei einer Muskelverletzung sammeln sich Immunzellen im Bereich der Wunde an, die bei älteren Menschen besonders große Mengen an Abwehrstoffen wie freie Radikale und Zytokine freisetzen. Würden in diesem Zustand Satellitenzellen zur Therapie injiziert, könnten nach Angaben der Autoren wegen der aggressiven Immunreaktionen nur 1 bis 20 Prozent davon überleben – nicht ausreichend für eine effektive Regeneration des Gewebes. Um die transplantierten Zellen zu schützen, nutzten die Biotechniker eine Trägersubstanz, in die sie die Stammzellen zunächst einschlossen. Dazu diente ein Hydrogel aus Polyethylenglycol, das chemisch zu einem dreidimensionalen Netzwerk verändert wurde, in dem sich Satellitenzellen anheften, vermehren und zu Vorläufern von Muskelzellen weiterentwickeln konnten. Diese synthetische Matrix erwies sich als gut verträglich und war durch körpereigene Enzyme abbaubar.

Für ihre Experimente setzten die Forscher Mäuse ein, die entweder schon sehr alt waren oder an einer Muskelerkrankung litten, so dass der natürliche Heilprozess einer Muskelverletzung gestört war. Im Vergleich zur direkten Injektion von Satellitenzellen war der Erfolg einer Zellübertragung wesentlich größer, wenn die Zellen im Hydrogel eingebettet injiziert wurden. „Die Stammzellen vermehren sich in dem Gel und nachdem es abgebaut worden ist, fügen sie sich in das Muskelgewebe ein“, sagt Jang. Dort beteiligen sie sich dann an der Bildung neuer Muskelfasern. Sowohl ältere Patienten mit schlecht heilenden Muskelverletzungen als auch Menschen mit alters- oder erblich bedingtem Muskelschwund könnten von der neuen Technik profitieren. Vor dem Beginn klinischer Studien ist aber zunächst zu klären, auf welche Weise sich ausreichende Mengen an Muskelstammzellen erzeugen lassen, die nach der Transplantation nicht abgestoßen werden. Eine mögliche Quelle für die Anzucht solcher Zellen wären induzierte pluripotente Stammzellen des Patienten, aus denen Vorläufer von Muskelzellen erzeugt werden müssten.

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