Medizin

Forscher entwickeln künstliches Knochenmark

Wissenschaftler des KIT sowie des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme Stuttgart und der Universität Tübingen haben einen Prototypen für künstliches Knochenmark entwickelt.

REM-Aufnahme von Stammzellen (gelb/grün) in einer Gerüststruktur (blau), die als Basis für künstliches Knochenmark dient. C. Lee-Thedieck/KIT

Wissenschaftler der Nachwuchsgruppe „Stammzell-Material-Wechselwirkungen“ unter Leitung von Dr. Cornelia Lee-Thedieck am Institut für Funktionelle Grenzflächen (IFG) des KIT sowie des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme Stuttgart und der Universität Tübingen haben grundlegende Eigenschaften des natürlichen Knochenmarks künstlich im Labor nachgebildet.

Der Matrix des Knochenmarks auf der Spur

Dazu schufen sie mithilfe von synthetischen Polymeren eine poröse Struktur, die die schwammartige Struktur des Knochens im Bereich des blutbildenden Knochenmarks nachahmt. Außerdem bauten sie Eiweißbausteine mit ein, wie sie in der Matrix des Knochenmarks vorkommen und als Verankerungsmöglichkeiten für die Zellen dienen. Dann setzten sie weitere Zelltypen aus der Stammzellnische in die Struktur ein, um den blutbildenden Stammzellen den gewohnten Austausch mit diesen Zellen zu ermöglichen.

In dieses künstliche Knochenmark brachten die Forscher frisch aus Nabelschnurblut isolierte blutbildende Stammzellen ein und bebrüteten sie über mehrere Tage. Analysen mit verschiedenen Methoden zeigten, dass sich die Zellen in dem neu entwickelten künstlichen Knochenmark tatsächlich vermehren. Im Vergleich zu Standardmethoden zur Zellkultivierung behält in dem künstlichen Knochenmark ein deutlich erhöhter Anteil der Stammzellen die spezifischen Eigenschaften bei.

Forscher erhoffen sich Hilfe für Leukämie-Patienten

Mit dem neu entwickelten künstliche Knochenmark, das grundlegende Eigenschaften natürlichen Knochenmarks nachbildet, können die Wissenschaftler nun die Wechselwirkungen zwischen Materialien und Stammzellen detailliert im Labor zu untersuchen.

Dadurch lasse sich feststellen, wie sich Stammzellverhalten durch synthetische Materialien beeinflussen und steuern lässt. Dieses Wissen könne in zehn bis 15 Jahren dazu beitragen, eine künstliche Stammzellnische für die gezielte Vermehrung von Stammzellen zur Behandlung von Leukämie-Patienten zu realisieren, heißt es.

Die poröse Struktur bildet die grundlegenden Eigenschaften des natürlichen Knochenmarks nach und weist den Weg zur Vermehrung von Stammzellen im Labor. Dies könne in einigen Jahren die Behandlung von Leukämie vereinfachen. In der Zeitschrift „Biomaterials“ stellen die Forscher ihre Arbeit nun vor.

DOI: 10.1016/j.biomaterials.2013.10.038