Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von der Stammzelle zur Nervenzelle in wenigen Wochen

21.01.2015

Max-Planck-Forscher beobachten Stammzellen im lebenden Gehirn

Auf Stammzellen ruhen die Hoffnungen vieler Mediziner. Sie könnten beispielsweise abgestorbene Nervenzellen nach einem Schlaganfall ersetzen. Bislang war es jedoch nicht möglich, Stammzellen live dabei zu beobachten, wie sie sich zu voll funktionsfähigen Nervenzellen entwickeln.


Aus Stammzellen werden Nervenzellen: Im Verlauf von drei Wochen wandeln sich immer mehr Stammzellen in noch unreife Nervenzellen um (grün).

© Biomaterials, 2015


Genregulatoren zeigen Entwicklungsstand der Zellen an: Der DCX-Promotor wird schon in unreifen Nervenzellen aktiv, SYN erst in reifen Neuronen, die Synapsen mit anderen Zellen bilden.

© Biomaterials, 2015

Jetzt haben Forscher am Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung in Köln ein neuartiges Verfahren entwickelt, einen solchen Vorgang im lebenden Gehirn zu beobachten. Sie können damit verfolgen, wie sich menschliche Stammzellen nach der Transplantation in die Hirnrinde von Mäusen zu reifen Nervenzellen entwickeln und funktionstüchtig werden.

Der medizinische Einsatz von Stammzellen hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, doch wichtige Fragen sind noch unbeantwortet: Wo müssen Stammzellen implantiert werden, damit sie möglichst gut überleben? Welche Bedingungen brauchen sie, um sich zu Nervenzellen zu entwickeln und den Heilungsprozess optimal zu fördern? Bislang können Wissenschaftler das Überleben und die Entwicklung solcher Stammzellen nicht im lebenden Tier, sondern nur an Gewebeschnitten unter dem Mikroskop beurteilen. So waren nur einzelne Momentaufnahmen in der sich über Monate hinziehenden Umwandlung von einer Stamm- zur Nervenzelle möglich.

Mit dem neuen Verfahren lässt sich nun der gesamte Prozess im lebenden Gehirn beobachten. Die Wissenschaftler versprechen sich davon neue Erkenntnisse beispielsweise für die Entwicklung besserer Schlaganfalltherapien. Die Forschungsgruppe um Mathias Hoehn am Kölner Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung hat menschliche Stammzellen so verändert, dass sie nur in bestimmten Phasen ihrer Entwicklung sichtbar werden.

Dazu haben sie Gene für drei optische Marker in das Erbgut der Stammzellen eingefügt: das Protein Ferritin, das als Kontrastmittel für die Magnetresonanztomografie (MRT) dient; das Enzym Luciferase, das die Stammzellen im Gehirn zum Leuchten anregt, und das fluoreszierende Protein GFP. Luciferase erzeugt ein so starkes Leuchten im lebenden Hirn, das es mit empfindlichen Kameras selbst durch dickere Gewebeschichten aufgenommen werden kann. GFP wiederum macht die Zellen für nachträgliche Untersuchungen unter dem Mikroskop sichtbar.

Verschiedene Genregulatoren stellen sicher, dass die Gene zu unterschiedlichen Phasen aktiv werden. Die Stammzellen zeigen also mit Licht ihren Entwicklungszustand an. Mit einer hochempfindlichen Kamera können die Forscher so die Entwicklung der Stammzellen bis hin zur ausgewachsenen Nervenzelle verfolgen. Gleichzeitig können sie die Zellen mit Hilfe des selbst produzierten Kontrastmittels Ferritin im Magnetresonanztomografen identifizieren und beispielsweise ihre Wanderung zum Ort eines Schlaganfalls beobachten.

Die Wissenschaftler haben auf diese Weise herausgefunden, dass sich die Stammzellen schon vier Tage nach der Implantation ins Gehirn von Mäusen zu unreifen Nervenzellen entwickeln. „Vier Wochen lang wandeln sich immer mehr Stammzellen in solche Nervenzellen um. Nach drei Monaten bilden sich dann reife Nervenzellen im Gehirn“, sagt Annette Tennstaedt vom Kölner Max-Planck-Institut. Die Zellen können schon elektrisch aktiv sein und sind damit funktionstüchtig, wie Forscher um Peter Kloppenburg von der Universität zu Köln nachgewiesen haben.

Mit der Methode der Kölner Forscher können Wissenschaftler künftig das Schicksal von transplantierten Stammzellen noch genauer untersuchen. So lässt sich zum Beispiel im Mäusegehirn untersuchen, wie Stammzellen nach einem Schlaganfall von ihrem Entstehungsort zum geschädigten Gewebe wandern und dort abgestorbene Zellen ersetzen. Die neue Methode lässt sich auch Nervenzellen mit ganz speziellen Funktionen übertragen, wie zum Beispiel den Ersatz von dopaminergen Nervenzellen bei der Parkinsons Erkrankung. Außerdem lässt sich damit die Anzahl der Versuchstiere deutlich reduzieren, denn dasselbe Tier kann immer wieder zu verschiedenen Zeitpunkten untersucht werden.


Ansprechpartner

Prof. Dr. Mathias Hoehn
Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung, Köln
Telefon: +49 221 4726-315

E-Mail: mathias@sf.mpg.de


Originalpublikation
Annette Tennstaedt, Markus Aswendt, Joanna Adamczak, Ursel Collienne, Marion Selt, Gabriele Schneider, Nadine Henn, Cordula Schaefer, Marie Lagouge, Dirk Wiedermann, Peter Kloppenburg, Mathias Hoehn


Human neural stem cell intracerebral grafts show spontaneous early neuronal differentiation after several weeks

Biomaterials 44 (2015) 143-154

Quelle

Prof. Dr. Mathias Hoehn | Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung, Köln

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie