Wie man aus Stammzellen Herzmuskelzellen in reiner Form herstellt

Tokio (Japan) - Aus embryonalen oder anderen pluripotenten Stammzellen lassen sich im Labor Herzmuskelzellen anzüchten. Um solche Zellen für Transplantationen einsetzen zu können, muss aber sichergestellt sein, dass darunter keine Stammzellen mehr sind, da diese Tumoren bilden könnten. Jetzt haben japanische Forscher eine Trennmethode entwickelt, die hochreine Populationen von Herzmuskelzellen liefert. Sie beruht auf der Anfärbung mit einem Fluoreszenzfarbstoff und erfordert keine genetische Veränderung der Ausgangszellen, berichten die Wissenschaftler im Fachjournal "Nature Methods".

"Ein hoher Gehalt an Mitochondrien ist wahrscheinlich ein gemeinsames Merkmal aller Herzmuskelzellen - egal von welcher Spezies", schreiben die Forscher um Keichi Fukuda von der Keio University in Tokio. Deshalb sei ihr Verfahren wohl generell anwendbar. Es beruht darauf, die Energie erzeugenden Organellen der Zellen mit einem Fluoreszenzfarbstoff anzufärben. Dann lassen sich Herzmuskelzellen als die Zellen mit den stärksten Fluoreszenzsignalen sehr effizient aus einer Zellmischung abtrennen. Auf diese Weise konnten die Forscher aus embryonalen Stammzellen von Mäusen, Affen oder Menschen erzeugte - aber auch aus induzierten pluripotenten Stammzellen angezüchtete - Herzmuskelzellen in einem Reinheitsgrad von mehr als 99 Prozent herstellen.

Voraussetzung für das automatisierte Trennverfahren ist ein Durchfluss-Zytometer, ein Gerät, das die Fluoreszenz jeder einzelnen Zelle misst und sie je nach Messwert in verschiedene Kulturgefäße überführt. Bisher war es nötig, die Stammzellen zuvor genetisch so zu verändern, dass die entstehenden Muskelzellen einen fluoreszierenden Farbstoff produzieren, der dann auf die gleiche Art die Selektion ermöglicht. Ein Eingriff in das Erbmaterial sollte aber vermieden werden, damit keine unerwünschten Nebenwirkungen auftreten. Da Muskelzellen aufgrund ihres ungewöhnlich hohen Energiebedarfs zu einem besonders großen Anteil aus Mitochondrien bestehen, genügte die Fluoreszenzmarkierung dieser Zellbestandteile.

Am geeignetsten für die Färbung erwies sich Tetramethylrhodaminmethylester-Perchlorat, das 24 Stunden nach dem Einsatz wieder vollständig aus den Zellen ausgewaschen war. Die durch die neue Methode hergestellten Herzmuskelzellen lösten nach Injektion in Herz oder Hoden von Tieren kein Krebswachstum aus. Hochreine Populationen von Herzmuskelzellen werden sowohl für die Grundlagenforschung als auch für Therapien von Herzkrankheiten und die Suche nach neuen Medikamenten benötigt.