Unter Beobachtung: Stammzellen im Gehirn

Stammzellen sind die Alleskönner unter den Zellen, die sich prinzipiell in jeden Zelltyp verwandeln können. In ihre Fähigkeiten setzen die Mediziner große Hoffnungen. So könnten diese Zellen eines Tages genutzt werden, um Hirnschäden nach einem Schlaganfall zu regenerieren oder andere zerstörte Gewebe zu erneuern.

Doch dazu ist es notwendig zu wissen, wie Stammzellen sich beispielsweise im Gehirn in funktionstüchtige neuronale Zellen verwandeln können. Spezielle Kontrastmittel kombiniert mit molekularen Fertigkeiten und innovativen Bildgebungsverfahren machen es bereits möglich, die Zellen so zu markieren, dass sie unter gewünschten Bedingungen sichtbar werden und ihr Verhalten im intakten Gehirn offenbaren.

Bisher aber waren es nur Momentaufnahmen, die die Forscher festhalten konnten. Nun wollen Professor Dr. Mathias Hoehn vom Max-Planck-Institut für neurologische Forschung in Köln und Professor Dr. Clemens Löwik vom Medizinischen Zentrum der Universität Leiden in den Niederlanden mit neuesten Methoden die Verwandlung der Stammzellen im zeitlichen Verlauf sichtbar machen. Das ehrgeizige Vorhaben wird von der VolkswagenStiftung mit 560.000 Euro in der Initiative „Offen – für Außergewöhnliches“ gefördert.

Die Wissenschaftler werden verschiedene bildgebende Verfahren kombinieren und mit dieser Methode des „multimodalen Imaging“ den Funktionszustand der Stammzellen über einen längeren Zeitraum hinweg beobachten. Dabei kommen zum einen jene optischen Verfahren zum Einsatz, bei denen Fluoreszenz oder Bioluminiszenz gemessen wird, zum anderen die Magnetresonanztomographie, mit der Professor Hoehn als erster die Wanderung transplantierter Stammzellen im Gehirn sichtbar machen konnte.

Um Veränderungen in vivo, also im lebenden Organismus, von außen beobachten zu können, müssen die Stammzellen dabei zunächst so manipuliert werden, dass sie ihr eigenes bildgebendes Signal in Abhängigkeit von ihrer Funktion erzeugen. Dazu müssen die Forscher „Reporter-Konstrukte oder -Gene“ entwickeln, die bei einer bestimmten Funktionalität ihr eigenes Kontrastmittel herstellen. Das molekularbiologische Know-how bringt die Leidener Arbeitsgruppe um Professor Clemens Löwik ein.

Die markierten Stammzellen werden in das Gehirn von Ratten implantiert, die dort typische Gewebezerstörungen nach einem Schlaganfall aufweisen – sogenannte Läsionen. Mit den kombinierten Methoden wollen die Wissenschaftler anschließend beobachten, wie die Stammzellen sich im Gehirn verhalten: wie sie wandern und sich in neuronale Zellen verwandeln. Zur Analyse früher neuronaler Differenzierung beziehungsweise reifer Neuronen sollen jeweils spezifische Reporterkonstrukte eingesetzt werden.

Im nächsten Schritt prüfen die Forscher dann, in welchem Maße die implantierten Stammzellen auch zur Bildung eines neuen Netzwerkes von Nervenzellen beitragen. Eine funktionelle Verbesserung von zerstörtem Gehirngewebe könnte davon abhängen, ob implantierte Zellen mit den vorhandenen Neuronen in Kontakt treten.

Gelingt es den Forschern aus Köln und Leiden, eine sichere Methode zu etablieren, mit deren Hilfe das Schicksal von Stammzellen nach einer Implantation im Hirngewebe – also in vivo – beurteilt werden kann, eröffnen sich zahlreiche medizinische Einsatzmöglichkeiten. Neben Schädigungen des Gehirns nach einem Schlaganfall und anderen neurologischen Erkrankungen wie beispielsweise Parkinson könnte das Verfahren außerdem für Erkrankungen anderer Organsysteme wichtig sein, bei denen Stammzell-ähnliche Vorläuferzellen involviert sind. Dies gilt beispielsweise auch für Krebserkrankungen.

Die VolkswagenStiftung fördert das Projekt in ihrer Rubrik „Offen – für Außergewöhnliches“, da der Forschungsansatz in jeder Hinsicht innovativ ist und es sich sowohl bei dem Gebiet der multimodalen Bildgebung als auch bei der neuronalen Stammzellforschung um hochaktuelle Forschungsfelder handelt.

Weitere Auskünfte und Kontakt:

Max-Planck-Institut für neurologische Forschung
Köln
Prof. Dr. Mathias Hoehn
Telefon: 0221 4726315
E-Mail: mathias@nf.mpg.de
Universität Leiden
Medizinisches Zentrum
Prof. Dr. Clemens Löwik
Telefon: +31715263075/-234
E-Mail: c.w.g.m.lowik@lumc.nl
VolkswagenStiftung
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Christian Jung
Telefon: 0511 8381 380
E-Mail: jung@volkswagenstiftung.de