Forscher haben eine Blaupause für die Stammzelldifferenzierung von Leberzellen entwickelt. Wobei sich Stammzellen im Grunde genommen in jede beliebige Körperzelle verwandeln können.
Die Stammzelldifferenzierung in allen verschiedenen Zelltypen im Organismus ist zwar sehr komplex. Allerdings kann man durch die Aufklärung der molekularen Mechanismen auch die normale Entwicklung der Zellen sowie die Entstehung und Behandlung von Krankheiten besser verstehen.
Die Forschung mit Stammzellen sowie die Stammzelldifferenzierung hat deswegen heute größte Bedeutung. Denn Stammzellen können sich in jede beliebige Körperzelle verwandeln. Und daher beispielsweise der Therapie von Organschäden oder als Alternative zu Tierversuchen dienen. Eine wesentliche Forschungsfrage aktuell ist, wie ähnlich die weiterentwickelten Stammzellen schon ihren echten Vorbildern (z.B. Leberzellen) sind.
Auf Basis von Genanalysen und mittels mathematischer Modelle verschiedene Zelltypen systematisch miteinander vergleichbar machen
Die Leber hat die herausragende Fähigkeit, sich selbst zu reparieren. Bei schweren Leberschäden wird dieser körpereigene Mechanismus allerdings nur eingeschränkt oder gar nicht ausgeführt. Einzige Lösung bislang war eine Organtransplantation. Allerdings geschieht die oft zu spät und geht mit hohen Gefahren und Kosten einher. Eine Alternative könnte hierzu die Stammzelltherapie.
Im Grunde genommen haben Stammzellen die Eigenschaft, sich in jede Zelle des menschlichen Körpers entwickeln zu können. Und zwar in Haut-, Nerven- sowie Organzellen beziehungsweise eben in Leberzellen, den sogenannten Hepatozyten. Wobei hier die effektive Methoden zur Stammzelldifferenzierung wichtig sind.
DNA-Aufbau der Leberzellen
Der DNA-Aufbau der Hepatozyte ist zwar bekannt. Da die Zahl der Gene (22.000) jedoch sehr groß ist, haben die Forscher die Gene mittels mathematischer Modelle nach Funktions- und Regulationsprinzipien gebündelt. Beispielsweise gibt es Gene, die für die Bildung von Proteinen wie Stoffwechselenzymen zuständig sind. Hingegen sind andere sind für die Zellreproduktion verantwortlich.
Bei einer echten Hepatozyte ist die Bildung von Proteinen wie Cytochrom (P450) und Sulfotransferase enorm wichtig. Denn sie hilft beim Abbau giftiger Substanzen helfen – einer Hauptaufgabe der Leber. Hingegen sind Gene, die den Zellzyklus bestimmen, bei Leberzellen weniger ausgeprägt.
Leberzellen ähnliche Zellen aus Stammzellen gezüchtet
Die deutschen Forscher konnten mittels mathematischer Modelle die gebündelten Genpäckchen von echten Leberzellen, Stammzellen sowie sechs verschiedenen, aus Stammzellen gezüchteten hepatozytenähnlichen Zelltypen vergleichen. Dabei zeigte sich, dass die hepatozytenähnlichen Zellen bei bestimmten wesentlichen Genbündeln, die zum Beispiel für die Bildung von Proteinen in der Leber verantwortlich sind, der echten Leberzelle sehr ähnlich sind. Bei anderen Gengruppen waren sie dafür eher Darmzellen ähnlich. zumindest, was die Funktion betrifft. Aus den Stammzellen sind also gemischte Zelltypen geworden.
Außerdem zeigte die Analyse, welche Mechanismen und Gene für die Ausbildung der unterschiedlichen Zelltypen verantwortlich sind. Mit diesem Wissen kann man genau bestimmen, wie weit sich die gezüchteten Zellen von den Stammzellen entfernt haben. Oder ob die Zellen auf dem richtigen Weg sind und welche Genbündel man noch stärker entwickeln muss, um einer echten Leberzelle zu entsprechen.
Stammzelldifferenzierung bei Leberzellen
Damit ist ein wichtiger Schritt in Richtung Stammzelltherapie bei Lebererkrankungen gelungen. Im Labor gezüchtete Hepatozyten stellen außerdem eine Grundlage für die Testung der Wirkung neuer Medikamente dar. Und zwar könnte das eine wichtige Alternative für Tierversuche sein. Die Ergebnisse aus dem Vergleich sind auch deshalb so wichtig, weil mit hepatozytenähnlichen Zellen bereits Medikamente oder toxische Stoffe getestet werden. Mann kann nun besser einschätzen, wie vertrauenswürdig solche Ergebnisse sind.
Literatur:
Quelle: IfADo – Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund
