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Schöner Wohnen für Stammzellen

24.06.2013
Dresden,  24.  Juni  2013-  Wie  werden  Stammzellen  von ihrer  Umgebung  beeinflusst?  Um dies  b

Dresden,  24.  Juni  2013-  Wie  werden  Stammzellen  von ihrer  Umgebung  beeinflusst?  Um dies  besser  zu  verstehen,  haben  Wissenschaftler  vom Leibniz-Institut  für Polymerforschung  Dresden,  der  Medizinischen  Fakultät der  TU  Dresden  und  dem  DFG-Forschungszentrum für  Regenerative  Therapien  das  Mikromilieu  von  Stammzellen  im Labor  nachgebildet.  Sie  haben  dabei  eine  Matrixstruktur  entwickelt,  in  der  menschliche Blutstammzellen  dreimal  schneller  wachsen  als  unter bisher  angewandten  Bedingungen. Die  Ergebnisse  ihrer  Studie  wurden  am  23.  Juni  in  der  Fachzeitschrift  Nature  Methods publiziert (http://dx.doi.org/10.1038/nmeth.2523).

In der Natur sind Stammzellen in eine extrazelluläre Matrix aus dreidimensional miteinander verknüpften  Biomakromolekülen  eingebettet,  die  als  Leitstruktur  zur  Anhaftung  und Migration der Zellen im Gewebe sowie zur lokalisierten Bereitstellung löslicher Botenstoffe dient.  Derartige  Matrixstrukturen  in  definierter  Weise  nachzuformen  -  ein  vorrangiges  Ziel der aktuellen Biomaterialforschung – erwies sich bisher als schwierig.

Durch das Dresdner Team wurde nun eine Methode entwickelt, mit der die von Zellkulturen produzierte  extrazelluläre  Matrix  auf  Oberflächen  verankert  werden  kann.  Dabei  wird  die Tatsache  genutzt,  dass  Zellen  auch  im  Labor  unter  geeigneten  Kulturbedingungen charakteristische  Strukturen  aus  extrazellulärer  Matrix  absondern.  Mit  Hilfe  einer  wenige Nanometer  dünnen,  aber  reaktiven  Polymerschicht  werden  diese  Strukturen  auf  dem Zellkulturträger chemisch angebunden und dadurch zurückgehalten, wenn anschließend die Zellen  abgelöst  werden.  Auf   diese  Weise  können  Zellkulturträger  hergestellt  werden,  die biomolekulare  und  physikalische  Signale  des  natürlichen  Mikromilieus  der  Zellen  im  Labor originalgetreu nachvollziehen lassen.

Konkret wurde dieses Prinzip für die Kultur von Blutstammzellen aus dem Knochenmark des Menschen  angewandt,  die  bei  der  Behandlung  von  Leukämie  transplantiert  werden.  Dazu wurden  mesenchymale  Stammzellen,  ein  im  Knochenmark vorkommender  Stammzelltyp genutzt. Die Eigenschaften der von diesen Zellen inKultur erzeugten extrazellulären Matrix wurden genau untersucht, und es wurde nachgewiesen,dass durch die Kulturbedingungen die  Zusammensetzung  und  Struktur  der  Matrix  verändert  werden  kann.  Anschließend wurden  menschliche  Blutstammzellen  für  mehrere  Tage im  Labor  in  Kontakt  mit verschiedenen  Varianten  der  fest  verankerten,  Knochenmark-typischen  extrazellulären Matrix gebracht. Verglichen mit bisher dafür angewandten Kulturbedingungen konnten die
Zellen  dadurch  etwa  dreimal  schneller  vermehrt  werden  –  ohne  Einschränkung  ihrer Funktionalität, wie durch Transplantation im Tiermodell bewiesen wurde.

Die  entwickelte  Methodik  bietet  vielfältige  Möglichkeiten  zur  Entschlüsselung  und Modulation  von  Signalen,  die  Stammzellen  aus  verschiedenen  Geweben  durch  ihre Mikroumgebung  steuern  lässt  und  kann  so  für  die  Erkundung  von  neuen  zellbasierten Therapien genutzt werden.

Publikation
„Tightly  anchored  tissue-mimetic  matrices  as  instructive  stem  cell  microenvironments”, Marina  C.  Prewitz,  Philipp  F.  Seib,  Malte  von  Bonin,  Jens  Friedrichs,  Aline  Stißel,  Christian Niehage, Karin Müller, Konstantinos Anastassiadis,  Claudia Waskow, Bernd Hoflack, Martin Bornhäuser, Carsten Werner, Nature Methods, http://dx.doi.org/10.1038/nmeth.2523

Beteiligte Institutionen/Förderung
Leibniz-Institut  für  Polymerforschung  Dresden  e.V., Max-Bergmann-Zentrum  für Biomaterialien  Dresden,  Medizinische  Klinik  I  an  der  Medizinischen  Fakultät  Carl  Gustav Carus  der  TU  Dresden,  DFG-Forschungszentrum  für  Regenerative  Therapien  Dresden  – Exzellenzcluster  an  der  TU  Dresden  und  Biotechnologisches  Zentrum  der  TU  Dresden; finanziert  durch  die  Deutsche  Forschungsgemeinschaft  im  Rahmen  des  Sonderforschungsbereiches 655 ‘From Cells into Tissues’.

Kontakt
Prof. Dr. Carsten Werner
Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.,Max-Bergmann-Zentrum für Biomaterialien & Technische Universität Dresden, DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien – Exzellenzcluster an der TU Dresden, Hohe Str. 6, 01069 Dresden, Germany
Tel.: + 49 351 4658 531
Fax: + 49 351 4658 533
email: carsten.werner@tu-dresden.de
www.ipfdd.de/Institute-Biofunctional-Polymer-Material.2378.0.html

Quelle: Pressemitteilung desdes DFG-Forschungszentrums für Regenerative Therapie Dresden – Exzellenzcluster an der TU Dresden (CRTD), des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden e.V., des Max-Bergmann-Zentrums für Biomaterialien und der Technischen Universität Dresden vom 24.6.13