Bildung von Blutzellen: Forscher bilden menschliches Knochenmarkgewebe nach

Forscher entwickeln neuartiges künstliches Knochenmark

Die Bereitschaft zur Knochenmarkspende hat in den vergangenen Jahren zugenommen. Dies ist vor allem für Patienten mit Blutkrebs eine gute Nachricht, denn: Stammzellenspenden kann Leben retten. Hoffnung machen nun auch neue Forschungsergebnisse Schweizer Wissenschaftler. Sie konnten menschliches Knochenmarkgewebe nachbilden.

Stammzellenspenden kann Leukämie-Patienten helfen

„Allein in Deutschland erkranken jedes Jahr mehr als 11.000 Menschen an Leukämie oder leiden an anderen Störungen der Blutbildung, wie z. B. Anämie oder Immundefekten sowie Lymphomen“, schreibt die Deutsche Stammzellspenderdatei auf ihre Webseite. „Vielen Patienten kann heute durch die Übertragung von Stammzellen eines gesunden Stammzellspenders geholfen werden“, heißt es dort weiter. Möglicherweise können in Zukunft auch neue Erkenntnisse Schweizer Forscher für die Patienten von Vorteil sein. Den Wissenschaftlern ist es gelungen, ein neuartiges Knochenmark zu entwickeln.

Im Knochenmark werden täglich Milliarden Blutzellen gebildet

Im Knochenmark werden täglich mehrere Milliarden Blutzellen gebildet. Für die ständige Zufuhr sorgen dabei Blutstammzellen, die sich in speziellen Nischen im Knochenmark befinden.

Diese können sich selbst vermehren und zu roten und weißen Blutkörperchen ausreifen, die aus dem Knochenmark ins Blut gelangen.

Schon seit Jahren versuchen Forscher, natürliches Knochenmark im Labor nachzubauen, um die Mechanismen der Blutbildung besser zu verstehen und neue Therapien – beispielsweise zur Behandlung von Leukämie (Blutkrebs) – zu entwickeln.

Allerdings hat sich das als äußerst schwierig erweisen, da die Blutstammzellen in herkömmlichen In-vitro-Modellen ihre Eigenschaften verlieren, sich zu vermehren und in verschiedenen Arten von Blutzellen zu differenzieren.

Neuartiges künstliches Knochenmark

Forscher um Professor Ivan Martin vom Departement Biomedizin der Universität Basel und des Universitätsspitals Basel und um Professor Timm Schroeder vom Departement für Biosysteme der ETH Zürich haben nun eine neuartige künstliche Knochenmarknische angefertigt, in der sich die Stamm- und Vorläuferzellen über mehrere Tage vermehren konnten.

Wie es in einer Mitteilung heißt, entwickelten die Wissenschaftler ein künstliches Gewebe, das manche der komplexen biologischen Eigenschaften der natürlichen Knochenmarknischen nachahmt.

Den Angaben zufolge kombinierten sie dafür menschliche mesenchymale Stromazellen mit einem knochenähnlichen, porösen dreidimensionalen Gerüst aus Keramik in einem sogenannten Perfusions-Bioreaktor, in dem sich biologische und synthetische Materialien verbinden lassen.

So entstand eine Struktur, die von einer extrazellulären Matrix überzogen ist, in die sich Zellen einfügen können. In diesem Aspekt ist das künstliche Gewebe den natürlichen Knochenmarknischen molekular sehr ähnlich.

In dieser Umgebung gelang es, die Funktionsfähigkeit von hämatopoetischen Stamm- und Vorläuferzellen weitgehend zu erhalten.

Ihre Ergebnisse wurden vor kurzem in der Fachzeitschrift „PNAS“ veröffentlicht.

Werkzeug für personalisierte Forschung

Das neue Verfahren eignet sich auch dafür, maßgeschneiderte Knochenmarknischen herzustellen, die spezifische molekulare Eigenschaften aufweisen und bei denen sich einzelne Proteine einfügen oder entfernen lassen.

Laut den Experten eröffnet dies vielfältige Perspektiven: Für die Erforschung von Faktoren, welche die Blutbildung beim Menschen beeinflussen, bis hin zum Screening von Medikamenten mit dem Ziel, die Reaktion einzelner Patienten auf eine bestimmte Behandlung vorherzusagen.

„Mit Knochen- und Knochenmarkzellen von Patienten könnten wir Bluterkrankungen wie zum Beispiel Leukämien in vitro modellieren. Und zwar in einem Umfeld, das ausschliesslich aus menschlichen Zellen besteht und das idealerweise personalisierte, individuelle Gegebenheiten einbezieht“, erläutern Ivan Martin und Timm Schroeder. (ad)