Geweberegeneration verläuft anders als erwartet
Stammzellen sind noch völlig unspezialisierte Zellen, aus denen dann ganz verschiedene Zelltypen
hervorgehen können. In der Embryonalentwicklung sind die so genannten embryonalen Stammzellen der
Ursprung für die sich entwickelnden Organe. So bilden sich unter dem Einfluss bestimmter
Wachstumsfaktoren während der Embryogenese beispielsweise Stammzellen des embryonalen
Bindegewebes (mesenchymale Zellen) zu Muskelzellen um.
Andere Stammzellen, die so genannten adulten Stammzellen, spielen hingegen während des gesamten
Lebens eine wichtige Rolle. Beispielsweise sorgen Stammzellen des Knochenmarks für den Nachschub
kurzlebiger Blutzellen. Von solchen lokal in verschiedenen Geweben und Organen vorkommenden
Stammzellen vermutete man bisher, dass sie an der Reparatur bzw. der Aufrechterhaltung von
Organfunktionen beteiligt sind.
Umstritten ist die Meinung, dass adulte Stammzellen das Potential zur Transdifferenzierung besitzen, also
in der Lage sind über Organgrenzen hinwegzuspringen. Danach könnten sich Knochenmarkstammzellen
zu ganz verschiedenen Gewebezellen umwandeln, wie zum Beispiel zu Skelettmuskelzellen.
Wissenschaftler um Thomas Braun, Direktor am Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung,
haben jedoch mittels verschiedener Nachweisverfahren heraus gefunden, dass bei mesenchymalen
Stammzellen ein solches Potential zur Transdifferenzierung nur ansatzweise ausgebildet ist: In allen
Fällen, in denen aus mesenchymalen Stammzellen tatsächlich voll funktionsfähige Skelettmuskelzellen
hervorgegangen sind, erfolgte das durch Fusion der Stammzellen mit vorhandenen, bereits fertigen
Muskelzellen.
In ihren Experimenten an kultivierten mesenchymalen Stammzellen konnte die Bad Nauheimer Forscher
zwar zeigen, dass diese Zellen eine Reihe Herz- und Skelettmuskulatur-spezifischer Gene exprimieren,
wenn sie zusammen mit bestimmten Wachstumsfaktor-produzierenden Zellen kultiviert wurden. Doch
obwohl bei den Zellen auch morphologische Änderungen zu beobachten waren, fanden sich letztlich
keine voll funktionsfähigen Muskelzellen.
Diese entstanden erst dann, wenn die mesenchymalen Stammzellen zusammen mit Skelett- oder
Herzmuskelzellen kultiviert wurden. Darauf wiesen grün leuchtende Muskelzellen hin, deren Färbung
nach Fusion aus zuvor mit einem grün fluoreszierenden Farbstoff markierten Stammzellen stammte. Im
Gegensatz dazu fanden sich keine derart markierten Zellen, wenn die Stamm- und Muskelzellen zwar
zusammen in einem Gefäß kultiviert wurden, aber durch eine Membran räumlich getrennt waren, was die
Fusion unterband. Das werten die Wissenschaftler als eindeutigen Beweis dafür, dass ausschließlich eine
Fusion mesenchymaler Stammzellen und Muskelzellen stattfindet und keine Umwandlung von Stamm- in
Muskelzellen. Mittels Versuchen, in denen so genannte chimäre Mausembryonen aus Stammzellen mit
verschiedenen Mausmutanten hergestellt wurden, konnte zudem der molekulare Mechanismus
entschlüsselt werden, welcher der Fusion zu Grunde liegt. Die Stammzellen bedienen sich dabei
augenscheinlich eines Signalweges ("IL4/NFAT"), der auch bei der Aktivierung von T-Lymphozyten
eine Rolle spielt.
Die von Thomas Braun und seinen Mitarbeitern erhobenen Befunde könnten wichtige Konsequenzen für
mögliche therapeutische Ansätze mit adulten Stammzellen haben: So widerlegen ihre Daten die
vorherrschende Meinung, dass Knochenmarks-stämmige oder lokale Stammzellen - nach einer
Transdifferenzierung zu Muskelzellen - an einer Regeneration der Herz- und Skelettmuskulatur beteiligt
sind. Vielmehr scheinen diese Zellen einen solchen Mechanismus nur "vorzutäuschen", indem sie mit
Zellen des sich regenerierenden Gewebes fusionieren. Das verändert die Sicht einer Stammzelltherapie
zur Regeneration der Skelett- oder Herzmuskulatur erheblich.
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