Reifeprüfung für Stammzellen

Stammzellen sind Multitalente: Sie können 220 unterschiedliche Ent-wicklungswege einschlagen und sich in entsprechend viele spezialisier-te Körperzellen verwandeln. Diese Fähigkeit zur Differenzierung wollen sich Biologen und Mediziner zunutze machen, um gezielt Herz-, Haut- oder Nervenzellen für die Therapie verschiedener Krankheiten zu gewinnen.

Doch die derzeit praktizierten Techniken der Stammzellkultur sind noch wenig effizient. Welcher Anteil einer Stammzell-Mischung verwandelt sich in welche Körperzellen? Und unter welchen Bedingungen? „Wir brauchen Gerätesysteme, die immer wieder dasselbe machen und so statistisch abgesicherte Daten liefern“, sagt Prof. Günter Fuhr, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT in St. Ingbert.

Zwei Prototypen von Apparaten zur Stammzelldifferenzierung ermöglichen es erstmals, komplexe Entwicklungswege dieser Zellen systematisch zu untersuchen. Sie sind das Ergebnis des internationalen Projekts „CellPROM“ – „Cell Programming by Nanoscaled Devices“, das die Europäische Union mit 16,7 Millionen Euro gefördert hat und das das IBMT koordinierte. „Die derzeit übliche Zellkultur ist zu weit weg von der natürlichen Situation“, sagt Daniel Schmitt, Projektkoordinator von CellPROM. Denn im Körper kommen die Stammzellen mit gelösten Nähr- und Signalstoffen und einer Vielzahl unterschiedlicher Zellen in Berührung: Millionen von Proteinen sitzen in oder auf den Zellmembranen und regen Stammzellen dazu an, sich in spezialisierte Zellen zu verwandeln.

„Wir wollen den Stammzellen im Labor eine Oberfläche anbieten, die den Zellmembranen möglichst ähnlich ist“, erklärt Schmitt: „Dazu hat das Konsortium verschiedene Verfahren entwickelt, mit denen sich unterschiedliche Biomoleküle effizient auf zellverträgliche Oberflächen bringen lassen.“

In den beiden Automaten – MagnaLab und NazcaLab – kommen die Stammzellen in definierter Weise mit den Signalfaktoren in Kontakt: Im MagnaLab wachsen mehrere hundert Zellen auf Kultursubstraten, die mit Biomolekülen beschichtet sind. Im NazcaLab schwebt eine Vielzahl einzelner Zellen, von Nährlösung umspült, in parallelen Kanälen und trifft dort auf Mikropartikel, die mit Signalfaktoren bestückt sind. „Über ein Mikroskop und eine Kamera dokumentieren wir in Zeitrafferaufnahmen, wie sich einzelne Zellen teilen und differenzieren“, sagt Schmitt.

Dass sich die Multitalente von Oberflächensignalen dazu anregen lassen, sich in spezialisierte Zellen zu verwandeln, belegten die Forscher an etwa 20 unterschiedlichen Zellmodellen.