Hoffnung auf künstliches Knochenmark

Die Behandlung von Leukämie-Patienten, bei denen kein geeigneter Stammzellspender zur Stammzelltransplantation verfügbar ist, könnte durch künstliches Knochenmark bald einfacher werden. Denn Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben jetzt bekannt gegeben, zusammen mit Kollegen am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme Stuttgart und der Universität Tübingen einen Prototyp entwickelt zu haben. Die poröse Struktur bildet nach Angaben der Forscher die grundlegenden Eigenschaften des natürlichen Knochenmarks nach.

Bislang lassen sich hämatopoetische Stammzellen nach Angaben der Forscher nicht ohne Weiteres vermehren, denn sie behalten ihre Stammzelleigenschaften nur in ihrer natürlichen Umgebung, also in ihrer Nische im Knochenmark. Außerhalb dieser Nische verändern sie sich. Zu ihrer Vermehrung bedarf es daher einer Umgebung, die der Stammzellnische im Knochenmark ähnelt. Es handelt sich hierbei um eine komplexe Mikroumgebung mit spezifischen Eigenschaften. „Die betreffenden Bereiche im Knochen sind hochporös, ähnlich wie ein Badeschwamm“, berichten die Wissenschaftler um Dr. Cornelia Lee-Thedieck am KIT. In der dreidimensionalen Umgebung befinden sich neben Knochenzellen und blutbildenden Stammzellen noch verschiedene andere Zelltypen, mit denen die Blutstammzellen Signalstoffe austauschen. Zudem verleiht eine Matrix im Interzellularraum den Zellen eine gewisse Stabilität.

Diese Umgebung wurde als quasi künstliches Knochenmark im Labor nachgebildet. Dazu wurde zunächst mithilfe synthetischer Polymeren eine poröse Struktur entwickelt, die die schwammartige Struktur des Knochens im Bereich des blutbildenden Knochenmarks nachahmt. Außerdem bauten die Wissenschaftler Proteinbausteine mit ein, wie sie in der Matrix des Knochenmarks vorkommen und als Verankerungsmöglichkeiten für die Zellen dienen. Sie setzten darüber hinaus weitere Zelltypen aus der Stammzellnische in die Struktur ein, um den blutbildenden Stammzellen den gewohnten Austausch mit diesen Zellen zu ermöglichen.

In ersten Versuchen mit aus Nabelschnurblut isolierten blutbildenden Stammzellen, die in das künstliche Knochenmark implantiert wurden, konnte bereits eine Vermehrung dieser Zellen nachgewiesen werden. „Im Vergleich zu Standardmethoden der Zellkultivierung behält offensichtlich im künstlichen Knochenmark ein deutlich erhöhter Anteil der Stammzellen die spezifischen Eigenschaften bei“, so die Karlsruher Forscher.

Das künstliche Knochenmark dient zunächst nun dazu, die Wechselwirkungen zwischen Materialien und Stammzellen detailliert im Labor zu untersuchen. Das soll in einigen Jahren dazu beitragen, eine künstliche Stammzellnische für die gezielte Vermehrung von Stammzellen zur Behandlung von Leukämie-Patienten zu realisieren.

Christine VetterMerkenicher Str. 22450735 Kölninfo@christine-vetter.de