Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tor zur Therapie mit humanen Muskelstammzellen aufgestoßen

27.08.2014

Muskelstammzellen sind für die Reparatur von Muskelschäden unverzichtbar. Alle Versuche, diese Zellen des Menschen therapeutisch zu nutzen, sind jedoch bisher fehlgeschlagen.

Wie es aber doch gehen könnte, zeigen jetzt Dr. Andreas Marg und Prof. Simone Spuler vom Experimental and Clinical Research Center (ECRC) des Max-Delbrück-Centrums (MDC) und der Berliner Charité. Sie entwickelten eine Methode, mit der sie Muskelstammzellen nicht isoliert, sondern mit ihrer Muskelfaser kultivieren, vermehren und transplantieren. Bei Mäusen konnten sie damit bereits Muskeln regenerieren. Sie haben damit das Tor für den Einsatz von Muskelstammzellen für die Therapie von Muskelerkrankungen aufgestoßen.*


Muskelzelle (rot) mit Muskelstammzellen des Menschen (grün)

(Photo: Andreas Marg/Copyright: ECRC)


Muskelstammzellen (grün) vermehren sich in Muskelzellen (rot) um das 20-50fache, wenn sie bei 4 Grad Celsius in Kultur gehalten werden. Das Photo zeigt sie nach drei Wochen in der Zellkultur.

(Photo: Andreas Marg/Copyright: ECRC)

„Muskelstammzellen, die wir auch Satellitenzellen nennen, können nach jahrzehntelanger Ruhe in ihrer Stammzellnische erwachen und einen geschädigten Muskel reparieren“, erläutert Prof. Spuler. Die Neurologin leitet am ECRC in Berlin-Buch die Hochschulambulanz für Muskelkrankheiten der Charité und erforscht mit ihrem Team die Ursachen dieser Erkrankungen. Satellitenzellen sind auch bei Menschen mit schweren Muskelerkrankungen aktiv, etwa bei der Muskeldystrophie Duchenne, einer schweren, genetisch bedingten Erkrankung, bei der sich die Muskeln abbauen. „Doch irgendwann ist das Reservoir an Muskelstammzellen erschöpft und der Muskelabbau kann nicht mehr gestoppt werden“, so Prof. Spuler.

Alle Versuche, mit der Transplantation von Satellitenzellen bei Patienten mit Duchenne Muskeldystrophie Muskeln wieder aufzubauen, sind gescheitert. Die transplantierten Zellen sind nicht lebensfähig. Wenig erfolgreich war auch der Einsatz anderer Zellen, die ebenfalls das Potential haben, Muskeln zu regenerieren. Diese Zellen können nur in begrenztem Maß Muskelgewebe reparieren. Aber wie kann es gelingen, das körpereigene Selbsterneuerungs- und Wiederaufbaupotential von Satellitenzellen doch noch zu nutzen?

Das Angebot der Entwicklungsbiologin Prof. Dr. Carmen Birchmeier (MDC) im Rahmen eines Verbundprojekts zu Satellitenzellen (SatNet) des Bundesforschungsministeriums mitzuarbeiten, brachte Prof. Spuler und ihre Mitarbeiter auf die Spur. In dem Projekt wurde unter anderem untersucht, weshalb Satellitenzellen schnell ihr Regenerationspotential verlieren, wenn sie in Zellkultur gehalten werden. Daraus entstand die Idee, Satellitenzellen zusammen mit dem sie umgebenden Muskelgewebe zu kultivieren und zu sehen, ob die Zellen, wenn ihr vertrautes Milieu erhalten bleibt, möglicherweise besser regenerieren.

Muskelbiopsien von jungen und von alten Spendern
Von Neurochirurgen des Helios Klinikums Berlin-Buch, das ebenso wie das MDC in unmittelbarer Nähe zum ECRC liegt, erhielten Prof. Spuler und Dr. Marg – nach Aufklärung und schriftlicher Einwilligung – von Patienten im Alter zwischen 20 und 80 Jahren frische Gewebeproben von Oberschenkelmuskeln. Aus den Biopsien gewannen Prof. Spuler und ihre Mitarbeiter über 1 000 Muskelfaserfragmente, jedes etwa 2-3 Millimeter lang. Für die Forscher ist bemerkenswert, dass die Anzahl der Stammzellen in den einzelnen Gewebeproben unabhängig vom Alter des Spenders war und dass sich aus wenigen Satellitenzellen tausende von Myoblasten entwickelten. Diese Zellen fusionieren nach weiteren Entwicklungsschritten zu Muskelfasern.

Dr. Marg: „Satellitenzellen brauchen ihr ,Hausʽ um sich herum“
Prof. Spuler und ihre Mitarbeiter kultivierten die Muskelfaserfragmente mit den Satellitenzellen zunächst für bis zu 3 Wochen. In dieser Zeit vermehrten sich die Satellitenzellen um das 20- bis 50fache, aber auch zahlreiche Bindegewebszellen entwickelten sich in diesen Kulturen. Um das zu verhindern, unterzogen sie die Muskelfragmente gleichzeitig einem Sauerstoffentzug (Hypoxie) und einer Kühlung (Hypothermie) bei 4 Grad Celsius. Unter diesen Bedingungen können nur Satellitenzellen in ihrer Stammzellnische überleben, nicht aber die Bindegewebszellen. „Offenbar erhalten die Satellitenzellen im eigenen ,Hausʽ die notwendige Versorgung“, so Dr. Marg.

Erstmals Satellitenzellen des Menschen kultiviert und vermehrt
Erstmals ist es den ECRC-Forschern mit ihren Versuchen gelungen zu zeigen, dass es möglich ist, Satellitenzellen des Menschen zu kultivieren, zu vermehren und ihr Regenerationspotential für einige Wochen zu erhalten. Damit haben sie eine wichtige Voraussetzung für die Nutzung patienteneigener Zellen für die Therapie geschaffen.

Erster Erfolg in Mäusen
Ihren Therapieansatz untersuchten die ECRC-Forscher dann in Mäusen, deren Muskelregeneration durch Bestrahlung unterbunden worden war. In den vorderen Schienbeinmuskel transplantierten sie Muskelfragmente mit den darin enthaltenen Satellitenzellen, die sie nach Hypothermie für 2 Wochen in Zellkultur gehalten hatten. Und es zeigte sich, dass die Muskeln der Tiere, die mit diesen Faserfragmenten behandelt wurden, besonders gut regenerierten.

Ziel: Satellitenzellen mit Gentherapie zu koppeln
Doch mit der Transplantation von Muskelfragmenten allein kann eine genetisch bedingte Muskelerkrankung nicht erfolgreich behandelt werden. Prof. Spuler: „Die Idee ist deshalb, die Satellitenzellen zusätzlich mit einem gesunden Gen zu bestücken, das den Gendefekt repariert, und sie dann mit Hilfe eines nicht-viralen Gentaxis in die zu behandelnden Muskeln einzubringen“. Dass das im Prinzip geht, haben Prof. Spuler und ihre Mitarbeiter in einem ersten Versuch mit einem „Reporter-Gen“ in der Petrischale gezeigt. Es leuchtet grün, wenn es in die Satellitenzelle eingebracht wurde. Als Gentaxi nutzten sie das Transposon „Dornröschen“ – ein springendes Gen, das seinen Ort im Genom verändern kann. Es wurde vor einigen Jahren von Dr. Zsuzsanna Izsvák (MDC) und Dr. Zoltán Ivics (Paul-Ehrlich-Institut, Frankfurt) entwickelt und gilt als vielversprechendes Vehikel für die Gentherapie.

Bevor die von Prof. Spuler und ihrer Gruppe entwickelte Methode für Patienten nutzbar gemacht werden kann, müssen aber noch einige Hürden genommen werden. Bislang gelingt die Transplantation in kleinen Mäusemuskeln. Ob diese Technik auch in großen Oberschenkelmuskeln des Menschen angewendet werden kann, die unter Umständen durch eine Muskelkrankheit stark verändert sind, wollen die Wissenschaftler und Ärzte in klinischen Versuchen überprüfen.

*Journal of Clinical Investigation, http://dx.doi.org/10.1172/JCI63992
Human satellite cells have regenerative capacity and are genetically manipulable
Andreas Marg1, Helena Escobar2, Sina Gloy1,*, Markus Kufeld3, Joseph Zacher4, Andreas Spuler5, Carmen Birchmeier6, Zsuzsanna Izsvák2, Simone Spuler1
1 Muscle Research Unit, Experimental and Clinical Research Center, a joint cooperation between the Charité Medical Faculty and the
Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Berlin
2 Mobile DNA, Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Berlin
3 Clinic for Radiation Oncology and Radiotherapy, Charité Universitätsmedizin Berlin
4 Dept. of Orthopedic Surgery, HELIOS Klinikum Berlin-Buch, Berlin
5 Dept. of Neurosurgery, HELIOS Klinikum Berlin-Buch, Berlin
6 Developmental Biology / Signal transduction, Max Delbrück Center for Molecular Medicine, Berlin
*present address: Pediatric Hospital St. Nikolaus, Viersen, Germany

Kontakt:
Barbara Bachtler
Leiterin Pressestelle
Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch
in der Helmholtz-Gemeinschaft
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin
Tel.: 030/ 9406 - 3896
Fax: 030/ 9406 - 3833
E-Mail: presse@mdc-berlin.de
http://www.mdc-berlin.de/de

Verena Wolff
Pressereferentin
GB Unternehmenskommunikation
Charité – Universitätsmedizin Berlin
Charitéplatz 1
10117 Berlin
Tel.: 030/ 450 570 - 502
Fax: 030/ 450 570 - 940
E-Mail: verena.wolff@charite.de
http://www.charite.de

Barbara Bachtler | Max-Delbrück-Centrum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Spot auf die Maschinerie des Lebens
23.08.2017 | Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen

nachricht Immunsystem kann durch gezielte Manipulation des Zellstoffwechsels reguliert werden
23.08.2017 | Medical University of Vienna

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Platz 2 für Helikopter-Designstudie aus Stade - Carbontechnologie-Studenten der PFH erfolgreich

Bereits lange vor dem Studienabschluss haben vier Studenten des PFH Hansecampus Stade ihr ingenieurwissenschaftliches Können eindrucksvoll unter Beweis gestellt: Malte Blask, Hagen Hagens, Nick Neubert und Rouven Weg haben bei einem internationalen Wettbewerb der American Helicopter Society (AHS International) den zweiten Platz belegt. Ihre Aufgabe war es, eine Designstudie für ein helikopterähnliches Fluggerät zu entwickeln, das 24 Stunden an einem Punkt in der Luft fliegen kann.

Die vier Kommilitonen sind im Studiengang Verbundwerkstoffe/Composites am Hansecampus Stade der PFH Private Hochschule Göttingen eingeschrieben. Seit elf...

Im Focus: Wissenschaftler entdecken seltene Ordnung von Elektronen in einem supraleitenden Kristall

In einem Artikel der aktuellen Ausgabe des Forschungsmagazins „Nature“ berichten Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden von der Entdeckung eines seltenen Materiezustandes, bei dem sich die Elektronen in einem Kristall gemeinsam in einer Richtung bewegen. Diese Entdeckung berührt eine der offenen Fragestellungen im Bereich der Festkörperphysik: Was passiert, wenn sich Elektronen gemeinsam im Kollektiv verhalten, in sogenannten „stark korrelierten Elektronensystemen“, und wie „einigen sich“ die Elektronen auf ein gemeinsames Verhalten?

In den meisten Metallen beeinflussen sich Elektronen gegenseitig nur wenig und leiten Wärme und elektrischen Strom weitgehend unabhängig voneinander durch das...

Im Focus: Wie ein Bakterium von Methanol leben kann

Bei einem Bakterium, das Methanol als Nährstoff nutzen kann, identifizierten ETH-Forscher alle dafür benötigten Gene. Die Erkenntnis hilft, diesen Rohstoff für die Biotechnologie besser nutzbar zu machen.

Viele Chemiker erforschen derzeit, wie man aus den kleinen Kohlenstoffverbindungen Methan und Methanol grössere Moleküle herstellt. Denn Methan kommt auf der...

Im Focus: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Die Zukunft des Leichtbaus: Mehr als nur Material einsparen

23.08.2017 | Veranstaltungen

Logistikmanagement-Konferenz 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2017

23.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Spot auf die Maschinerie des Lebens

23.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Die Sonne: Motor des Erdklimas

23.08.2017 | Physik Astronomie

Entfesselte Magnetkraft

23.08.2017 | Physik Astronomie