Forscher überwinden Hürde bei Gewebezüchtung
Pluripotente Stammzellen erstmals in großen Mengen hergestellt
Hannoversche Forscher sind ihrem Ziel, Ersatzgewebe etwa für Herz und Haut zwei Schritte näher gekommen. Wissenschaftler unter der Leitung von Professor Dr. Axel Haverich und Professor Dr. Ulrich Martin von der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) entwickelten eine neue Technologie, mit der nun erstmals induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) in großer Menge hergestellt werden können. Sie können sich, ähnlich wie embryonale Stammzellen zu jeder beliebigen Zelle entwickeln, sind ethisch aber unbedenklich. „Wir können mit dieser Technik viele Millionen Zellen in einem Ansatz herstellen. Damit sind erstmals die Voraussetzungen geschaffen, in größerem Umfang biologisch funktionales menschliches Gewebe wie Haut oder Herzmuskel im Labor zu züchten“, sagt Professor Martin. Eine detaillierte Beschreibung der neuen Technologie veröffentlichten die Forscher nun im Fachmagazin „Nature Protocols“. Eine MHH-Arbeitsgruppe um Professor Dr. Peter Vogt konnte darüber hinaus gemeinsam mit der Arbeitsgruppe von Professor Dr. Boris Chichkov vom Laser Zentrum Hannover e. V. (LZH), erstmals durch Lasertechnologie unterschiedliche Zellen in einen Zellverband „drucken“. „Die beiden Techniken bieten ganz neue Optionen auf dem Feld der Gewebezüchtung. Nun ist die Produktion von Gewebeersatz für die medizinische Anwendung erstmals in greifbare Nähe gerückt“, sagt Professor Dr. Axel Haverich, Sprecher des Transregio 37. Die Wissenschaftler arbeiten im Forschungsverbund des Transregio 37 „Mikro- und Nanosysteme in der Medizin – Rekonstruktion biologischer Funktionen“ zusammen.
Für die Gewebezüchtung im Labor benötigen Wissenschaftler möglichst viele Zellen – allein ein Quadratzentimeter Haut besteht aus mehreren Millionen. Bisher hat man pluripotente Zellen in Petrischalen gezüchtet. Dabei setzen sich die Zellen am Boden ab und bilden einen flachen Zellrasen. Bei dem neuen Verfahren schweben die Zellen in einer Suspension. Sie müssen weder vorbehandelt werden, noch ist die Zugabe von speziellen Bindemitteln nötig. Innerhalb von vier bis sieben Tagen können die Wissenschaftler so die sechsfache Menge herstellen. Die Zellen behalten dabei ihre Fähigkeit, sich zu jeder beliebigen Körperzelle entwickeln zu können.
Auch auf dem Gebiet der Gewebezüchtung konnten Wissenschaftler des Transregio 37 vor kurzem neue Erfolge vermelden. Ein großes Hindernis bei der Gewebezüchtung ist die komplexe Zusammensetzung der verschiedenen Gewebeverbände. Je nach Funktion des Gewebetyps sind unterschiedliche Zellen in dreidimensionalen Strukturen angeordnet. Die Forscher des Teilprojekts „Laserinduzierter Vorwärtstransfer“ (Laser Induced Forward Transfer - LIFT) stellten nun gewebsspezifische Strukturen nach genauen Vorgaben her. Schicht für Schicht „druckten“ sie erstmals mit dem Laser Haut- und Bindegewebszellen übereinander. Das Ergebnis: Den Wissenschaftlern gelang es, die Zellen in zwei- und dreidimensionalen Mustern anzuordnen.
Die Zellen überlebten den Transfer, blieben völlig intakt und funktionsfähig. Auch ihr charakteristisches Erscheinungsbild und das Differenzierungsverhalten blieben unbeeinträchtigt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im Fachmagazin „Tissue Engineering“. „Das Drucken von Zellen mit der LIFT ist ein vielversprechendes Werkzeug, um in Zukunft im Labor dreidimensionalen Gewebeersatz erzeugen zu können“, sagt Professor Dr. Chichkov.
Innovativer Gewebeersatz, beispielsweise aus körpereigenen iPS-Zellen, wird dringend benötigt. „In Zukunft könnten wir vielleicht Zellen des verwundeten Patienten zunächst in iPS-Zellen umprogrammieren, vervielfältigen und anschließend mit der LIFT-Methode in einen Gewebeverband „drucken““, erklärt Professor Vogt. Auf diese Weise sollen in Zukunft größere Hautstücke zur Transplantation bei Verbrennung hergestellt werden. Bevor es aber so weit ist, müssen zunächst mögliche Risiken wie die Abstoßung des neu erzeugten Gewebes im Tierexperiment geprüft werden.
Originalveröffentlichung
Zweigerdt R, Olmer R, Singh H, Haverich A, Martin U.; Scalable expansion of human pluripotent stem cells in suspension culture; Nat Protoc. 2011
Gruene M. et al.; Laser Printing of Stem Cells for Biofabrication of Scaffold-Free Autologous Grafts; Tissue Eng Part C Methods. 2010 Aug 30.
Koch L. et al.; Laser printing of skin cells and human stem cells; Tissue Eng Part C Methods. 2010 Oct;16(5):847-54.
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