News: Die Umgebung macht's
Als universelles Ersatzteillager sorgt das Knochenmark ständig für frisches Blut. Die hier sitzenden blutbildenden Stammzellen können sich zu den unterschiedlichsten Zelllinien des Blutes und des Immunsystems entwickeln. Für dieses Kunststück brauchen sie jedoch tatkräftige Unterstützung.
© Jiwang Zhang / Nature (Ausschnitt)
Ein rotes Blutkörperchen wird selten alt. Nach drei bis vier Monaten harter Arbeit als Sauerstoff- und Nährstofftransporteur hat es ausgedient und wird kurz und bündig ausgemustert. Damit der Nachschub an frischem Blut nicht versiegt, verfügt der Körper über ein universelles Ersatzteillager: Im Knochenmark sitzen die blutbildenden oder hämatopoetischen Stammzellen, die sich zu allen unterschiedlichen Blutzellen wie Erythrocyten, Thrombocyten oder den verschiedenen Formen der Leukocyten differenzieren können. Kein Wunder, dass sich Mediziner für diese Urblutzellen interessieren, lassen sich doch damit schwere Krankheiten wie Leukämie heilen.
Doch diese Stammzellen entziehen sich immer wieder dem Begehr der Wissenschaftler. Denn ihre Zahl im Knochenmark ist leider nicht sonderlich hoch, außerdem lassen sie sich nur schwer im Labor züchten. Offensichtlich fehlen den isolierten Stammzellen in der Petrischale bestimmte Substanzen – Wachstumsfaktoren, die sie aus ihrer natürlichen Umgebung am äußeren Rand des Knochenmarks beziehen. Uns so tauchte schon Ende der siebziger Jahre die Idee auf, dass die Stammzellen in einer Art Nische sitzen, welche die Zellteilung und -differenzierung überwacht und steuert. Zwei Arbeitsgruppen konnten jetzt unabhängig voneinander die Wirkung dieser postulierten Nische nachweisen.
Entscheidend für die Stammzellen scheinen demnach die Osteoblasten zu sein – jene Zellen, welche die Knochenstruktur aus Kollagen und Calciumphosphat aufbauen. Als die Forscher um Jiwang Zhang vom Stowers Institute for Medical Research in Kansas City in die Steuerung bestimmter Osteoblasten eingriffen – sie schalteten bei Mäusen den Rezeptor für das Protein BMP (bone morphogenetic protein) aus –, zeigte sich die Verknüpfung zwischen Osteoblasten und hämatopoetischen Stammzellen: Die mutierten Mäuse bildeten unkontrolliert viele Osteoblasten – und die Anzahl der blutbildenden Stammzellen im Knochenmark hatte sich verdoppelt [1].
Einen anderen Weg gingen Laura Calvi von der University of Rochester und ihre Kollegen. Sie konnten das Wachstum von Stammzellen hormonell ankurbeln: Als sie Mäusen das den Calciumhaushalt regulierende Nebenschilddrüsenhormon Parathyrin, kurz auch PTH genannt, verabreichten, bildeten die Tiere nicht nur verstärkt Osteoblasten, sondern auch die begehrten Stammzellen [2].
Auch bei Knochenmarksspenden erwies sich die Hormonbehandlung als heilsam: Die Forscher hatten bei Mäusen das Knochenmark durch Bestrahlung zerstört und anschließend Stammzellen von Mäusen transplantiert, die zuvor PTH erhalten hatten. Die Therapie gelang.
Ob diese Therapie auch beim Menschen funktioniert, wissen die Forscher nicht. Zumindest zeigt sich, welchen wichtigen Einfluss die Umgebung auf die Entwicklung und Differenzierung adulter Stammzellen hat. Und genau das steht im Brennpunkt heutiger Forschung: Wer weiß, wie und warum aus adulten Stammzellen hochdifferenzierte Zellen entstehen, der kann sie vielleicht auch dazu bringen, ganz andere Gewebetypen zu bilden. Der Einsatz der ethisch umstrittenen embryonalen Stammzellen – die genau dies können – hätte sich dann erübrigt.
Doch diese Stammzellen entziehen sich immer wieder dem Begehr der Wissenschaftler. Denn ihre Zahl im Knochenmark ist leider nicht sonderlich hoch, außerdem lassen sie sich nur schwer im Labor züchten. Offensichtlich fehlen den isolierten Stammzellen in der Petrischale bestimmte Substanzen – Wachstumsfaktoren, die sie aus ihrer natürlichen Umgebung am äußeren Rand des Knochenmarks beziehen. Uns so tauchte schon Ende der siebziger Jahre die Idee auf, dass die Stammzellen in einer Art Nische sitzen, welche die Zellteilung und -differenzierung überwacht und steuert. Zwei Arbeitsgruppen konnten jetzt unabhängig voneinander die Wirkung dieser postulierten Nische nachweisen.
Entscheidend für die Stammzellen scheinen demnach die Osteoblasten zu sein – jene Zellen, welche die Knochenstruktur aus Kollagen und Calciumphosphat aufbauen. Als die Forscher um Jiwang Zhang vom Stowers Institute for Medical Research in Kansas City in die Steuerung bestimmter Osteoblasten eingriffen – sie schalteten bei Mäusen den Rezeptor für das Protein BMP (bone morphogenetic protein) aus –, zeigte sich die Verknüpfung zwischen Osteoblasten und hämatopoetischen Stammzellen: Die mutierten Mäuse bildeten unkontrolliert viele Osteoblasten – und die Anzahl der blutbildenden Stammzellen im Knochenmark hatte sich verdoppelt [1].
Einen anderen Weg gingen Laura Calvi von der University of Rochester und ihre Kollegen. Sie konnten das Wachstum von Stammzellen hormonell ankurbeln: Als sie Mäusen das den Calciumhaushalt regulierende Nebenschilddrüsenhormon Parathyrin, kurz auch PTH genannt, verabreichten, bildeten die Tiere nicht nur verstärkt Osteoblasten, sondern auch die begehrten Stammzellen [2].
Auch bei Knochenmarksspenden erwies sich die Hormonbehandlung als heilsam: Die Forscher hatten bei Mäusen das Knochenmark durch Bestrahlung zerstört und anschließend Stammzellen von Mäusen transplantiert, die zuvor PTH erhalten hatten. Die Therapie gelang.
Ob diese Therapie auch beim Menschen funktioniert, wissen die Forscher nicht. Zumindest zeigt sich, welchen wichtigen Einfluss die Umgebung auf die Entwicklung und Differenzierung adulter Stammzellen hat. Und genau das steht im Brennpunkt heutiger Forschung: Wer weiß, wie und warum aus adulten Stammzellen hochdifferenzierte Zellen entstehen, der kann sie vielleicht auch dazu bringen, ganz andere Gewebetypen zu bilden. Der Einsatz der ethisch umstrittenen embryonalen Stammzellen – die genau dies können – hätte sich dann erübrigt.
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