Muskel-Regeneration: Stammzellen im Labor vermehrt
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- Eine Muskelzelle (rot) mit einer benachbarten Muskelstammzelle (grün). Wenn man die beiden Zelltypen als Gespann kultiviert, vermehren sich die Stammzellen am besten. Quelle: Andreas Marg/ECRC
28.08.2014 -
Muskelstammzellen sind im Körper für die Reparatur von Muskelschäden unverzichtbar. Bisher haben Biomediziner vergeblich versucht, sie therapeutisch zu nutzen. Einen möglichen Weg für einen medizinischen Einsatz haben Forscher um Andreas Marg und Simone Spuler vom Max-Delbrück-Centrum (MDC) und der Berliner Charité gefunden. Sie entwickelten eine Methode, mit der sie Muskelstammzellen nicht isoliert, sondern mit ihrer Muskelfaser zusammen kultivieren, vermehren und transplantieren. Bei Mäusen ließen sie damit bereits Muskeln regenerieren. Der Einsatz von Muskelstammzellen für die Therapie von Muskelerkrankungen ist damit zumindest etwas näher gerückt. Die Forscher berichten im Journal of Clinical Investigation (2014, Online-Vorabveröffentlichung) über ihre Ergebnisse. Das BMBF hat die Arbeiten im Rahmen des Verbundprojekts SatNet unterstützt.
Muskelstammzellen, die auch Satellitenzellen genannt werden, sitzen oft jahrzehntelang tatenlos im Gewebe. Erst wenn der Muskel geschädigt wird, treten sie in Aktion. Dann sorgen sie für Nachschub an neuen Zellen, damit der Muskel regenerieren kann. Satellitenzellen sind auch bei Menschen mit schweren Muskelerkrankungen aktiv, etwa bei der Muskeldystrophie Duchenne, einer schweren, genetisch bedingten Erkrankung, bei der sich die Muskeln abbauen. „Doch irgendwann ist das Reservoir an Muskelstammzellen erschöpft und der Muskelabbau kann nicht mehr gestoppt werden“, sagt die Neurologin Simone Spuler. Sie leitet am Experimental and Clinical Research Center (ECRC) in Berlin-Buch die Hochschulambulanz für Muskelkrankheiten der Charité und erforscht mit ihrem Team die Entstehung der Krankheiten.Wie kann man menschliche Haut oder sogar komplette Organe im Labor züchten? Das erklären wir in der Folge "Tissue Engineering" unserer Rubrik Kreidezeit.Quelle: biotechnologie.tv
Vertraute Umgebung in der Kulturschale erhalten
Alle Versuche, mit der Transplantation von Satellitenzellen bei Patienten mit Duchenne Muskeldystrophie Muskeln wieder aufzubauen, sind gescheitert. Das Problem: Die transplantierten Zellen sind nicht lebensfähig. In dem BMBF-Verbundprojekt SatNet haben Forscher unter anderem untersucht, weshalb Satellitenzellen so schnell ihr Regenerationspotenzial verlieren, wenn sie in Zellkultur gehalten werden. Daraus entstand die Idee, Satellitenzellen zusammen mit dem sie umgebenden Muskelgewebe zu kultivieren und zu sehen, ob die Zellen, wenn ihr vertrautes Milieu erhalten bleibt, möglicherweise besser regenerieren. Neurochirurgen des Helios Klinikums Berlin-Buch entnahmen dazu Patienten im Alter zwischen 20 und 80 Jahren frische Gewebeproben von Oberschenkelmuskeln. Aus den Biopsien gewann Spulers Team über 1.000 Muskelfaserfragmente, jedes etwa 2-3 Millimeter lang. Aus wenigen Satellitenzellen entwickelten sich so Tausende von Myoblasten. Diese Zellen fusionieren nach weiteren Entwicklungsschritten zu Muskelfasern.
Muskelfaserfragmente kultiviert
Die Berliner Forscher kultivierten die Muskelfaserfragmente mit den Satellitenzellen zunächst für bis zu drei Wochen. In dieser Zeit vermehrten sich die Satellitenzellen um das 20- bis 50fache, aber auch zahlreiche Bindegewebszellen entwickelten sich in diesen Kulturen. Um das zu verhindern, unterzogen sie die Muskelfragmente gleichzeitig einem Sauerstoffentzug (Hypoxie) und einer Kühlung (Hypothermie) bei 4 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen können nur Satellitenzellen in ihrer Stammzellnische überleben, nicht aber die Bindegewebszellen.
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„Offenbar erhalten die Satellitenzellen im eigenen ,Hausʽ die notwendige Versorgung“, so Marg. Damit haben die Forscher eine wichtige Voraussetzung für die Nutzung patienteneigener Zellen für die Therapie geschaffen. Ihren Therapieansatz untersuchten die ECRC-Forscher dann in Mäusen, deren Muskelregeneration durch Bestrahlung unterbunden worden war. In den vorderen Schienbeinmuskel transplantierten sie Muskelfragmente mit den darin enthaltenen Satellitenzellen, die sie nach Hypothermie für zwei Wochen in Zellkultur gehalten hatten. Und es zeigte sich, dass die Muskeln der Tiere, die mit diesen Faserfragmenten behandelt wurden, besonders gut regenerierten.
Gentherapie nötig
Um Menschen mit einer erblichen Muskelerkrankheit erfolgreich zu behandeln, ist nach Ansicht der Forscher allerdings noch eine Gentherapie nötig, bei der genetische Defekt im Erbgut der Zellen repariert wird. Bevor die von Spuler und ihrer Gruppe entwickelte Methode für Patienten nutzbar gemacht werden kann, müssen aber noch einige Hürden genommen werden. Bislang gelingt die Transplantation in kleinen Mäusemuskeln. Ob diese Technik auch in großen Oberschenkelmuskeln des Menschen angewendet werden kann, die unter Umständen durch eine Muskelkrankheit stark verändert sind, wollen die Wissenschaftler und Ärzte in klinischen Versuchen überprüfen.
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