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29.05.2019

Blutstammzellen im Reagenzglas vermehrt

Anlass

Ein neues Nährmedium erlaubt es, Blutstammzellen von Mäusen im Reagenzglas zu vermehren. Eine japanisch-amerikanische Arbeitsgruppe hat aus 50 Blutstammzellen von Mäusen über einen Monat in der Zellkultur 12.000 funktionelle Stammzellen generieren können. Das entspräche einer 236-fachen Vermehrungsrate, wenn man davon ausgeht, dass alle Ursprungszellen ebenfalls funktionell waren. Bei einer realistischeren Betrachtung kommen die Forscher auf eine 899-fache Vermehrungsrate. Diese hohe Anzahl an Stammzellen ließ sich wiederum ohne eine vorherige, sonst notwendige Bestrahlung der Mäuse erfolgreich transplantieren. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature“ (siehe Primärquelle).

Bisher können hämatopoetische Stammzellen für eine Transplantation in Patienten nur in geringen Mengen aus dem Blut oder dem Knochenmark gewonnen werden. Es ist daher schon länger Forschungsziel, diese gewonnenen Zellen außerhalb des Körpers zu vermehren, ohne dass sie die Eigenschaft verlieren, sich in alle Blutzellen zu entwickeln (Multipotenz). Die Forschergruppe stellt nun ein neues Nährmedium vor, mit dem das im Mausexperiment möglich erscheint. Sie haben dabei das Protein Albumin durch Polyvinylalkohol ersetzt. Zusammen mit einem bestimmten Verhältnis von weiteren Hormonen und Proteinen konnten sich die funktionellen Mausstammzellen in vitro stark vermehren. In ihren Experimenten konnten die Wissenschaftler zeigen, dass ein Vermehrungseffekt auch bei Stammzellen aus der Nabelschnur des Menschen eintritt.

 

Übersicht

  • Prof. Dr. Armin Gerbitz, bis 30.04.2019 Leiter Allogene Stammzelltransplantation, Charité – Universitätsmedizin Berlin, wechselt derzeit ins Ausland
  • Prof. Dr. Reinhard Henschler, Direktor des Instituts für Transfusionsmedizin, Universitätsklinikum Leipzig

Statements

Prof. Dr. Armin Gerbitz

bis 30.04.2019 Leiter Allogene Stammzelltransplantation, Charité – Universitätsmedizin Berlin, wechselt derzeit ins Ausland

„Dies ist ein sehr interessantes Paper. Es beschäftigt sich, wie schon viele in den vergangenen Jahrzehnten, mit dem Thema der Expansion hämatopoetischer Stammzellen außerhalb des natürlichen Wirtsorganismus. Das Problem dabei ist, kurz zusammengefasst, dass jede Form der Expansion in der Regel auch mit einem Verlust der Multipotenz und der Kapazität zu Proliferieren einhergeht. Wenn man solche Zellen für Stammzell-Transplantationen hernehmen möchte, muss sichergestellt sein, dass diese Zellen im Empfänger auch über Jahrzehnte ‚alles liefern‘ können. Insofern ist der hier vorgestellte Ansatz erst einmal technisch sehr interessant und neu, da ein neues Kulturmedium definiert wurde, das den Stammzellcharakter trotz Expansion erhält, wie in seriellen Transplantationen gezeigt wurde.“

„Das Problem an dieser Arbeit ist: Es gibt eigentlich keinen Mangel an Stammzellen. Nur in wenigen Ausnahmen erhalten wir Stammzell-Transplantate mit geringer Stammzellzahl (beispielsweise bei Zellen mit den Oberflächenmolekülen CD34+CD38-) und trotzdem gelingt fast immer ein Engraftment (ein Angehen des Transplantats, sodass die Stammzellen neue Blutzellen im Empfänger produzieren; Anm. d. Red.). Die Menge an Stammzellen ist also nicht das Problem. Dies war vor 20 Jahren anders, als noch Knochenmark verwendet wurde.“

„Wenn solche Ansätze in entsprechender Größenordnung verfolgt werden, dann ist die Anzahl der erzeugten Stammzellen sehr hoch und überschreitet ein Vielfaches des eigentlich für den Erfolg notwendigen.“

„Die Konditionierung vor Stammzell-Transplantation verfolgt zwei Ziele: Erstens eine Reduktion der zugrunde liegenden Erkrankung – beim Erwachsenen in 70 Prozent der Fälle eine akute Leukämie/myelodysplastische Syndrome. Zweites Ziel ist eine Immunsuppression, die eine Abstoßung verhindert. Entsprechend werden die Chemotherapeutika oder Strahlendosis ausgewählt. Eine Bestrahlung ist beispielweise sehr immunsuppressiv.“

„Dem gegenüber steht das Konzept der sogenannten Megadose-Transplantation (verfolgt beispielweise Prof. Arnon Nagler und weitere in Tel Aviv), mit der aus meiner Sicht einfachen Botschaft: Man braucht nur genug Stammzellen, dann kann man jeden immmunologischen Widerstand überkommen. Das ist durchaus von Wichtigkeit, da es vor allem im pädiatrischen Bereich nicht maligne Erkrankungen gibt, die keine Chemotherapie erfordern, aber durch Stammzell-Transplantation kurativ behandelt werden können, wie zum Beispiel Immundefekte. Die entsprechende Konditionierung mit all ihren Toxizitäten beeinträchtigt an dieser Stelle jedoch das Wachstum der Kinder und schränkt ihre kognitive Leistungsfähigkeit ein. Wenn sich dies durch ein Megadose-Konzept verhindern ließe, wäre das ein großer Fortschritt. Insofern hat dieses Paper durchaus klinische Relevanz.“

„Da es bereits eine Vielzahl von Cocktails zur Stammzellexpansion gab, bleibt abzuwarten, ob diese Ergebnisse in anderen Laboren nachvollzogen werden können.“

Prof. Dr. Reinhard Henschler

Direktor des Instituts für Transfusionsmedizin, Universitätsklinikum Leipzig

„Die Ergebnisse ergänzen ähnliche Arbeiten, bei denen angereicherte Blutstammzellen aus der Maus unter möglichst definierten Bedingungen in Kultur über einen bestimmten Zeitraum vermehrt wurden. Unter der hier neu berichteten Kombination der Wachstumsfaktoren TPO und SCF (Thrombopoetin, ein Hormon, und stem cell factor, ein Protein; beide mit der Blutbildung assoziiert; Anm. d. Red.) gelingt dies besonders effektiv. Das heißt, mit einer begrenzten Zahl von Stammzellen aus einer oder wenigen Mäusen kann am Ende eine Vielzahl von Nagern erfolgreich transplantiert werden.“

„Die Arbeitsgruppe verwendet nur bestimmte Mausstämme. Eine Übertragung der Stammzell-Expansion in dieser Effizienz auf andere Mausstämme ist damit nicht belegt. Innerhalb der verwendeten Mausstämme ist der Standard um eine signifikante Größenordnung übertroffen worden. Selbstverständlich muss das Ergebnis unter vergleichbaren oder auch in etwas anderen Bedingungen unabhängig bestätigt werden. Zudem ist die Übertragbarkeit auf den Menschen noch nicht belegt.“

„Es war schon seit Längerem bekannt, dass auch ohne eine Konditionierung – also die Vorbehandlung durch Bestrahlung oder Chemotherapie – ein Angehen von Transplantaten zu erreichen ist, jedoch mit erheblich höheren Mengen von nicht-expandierten Stammzellen. Für zukünftige Stammzell-Transplantationen wäre es, falls das Modell auf den Menschen übertragbar ist, erheblich leichter, ein ‚Angehen‘ verpflanzter Stammzellen zu erreichen, aber eben mit weniger Chemotherapie oder Bestrahlung. Wenn die übrige medikamentöse Regulation des Immunsystems ebenfalls erfolgreich angepasst werden kann, könnte die Einsatzbreite der Stammzell-Transplantation bei nicht malignen Erkrankungen erhöht werden, beispielsweise bei der Sichelzellerkrankungen oder bei Leukämien in älteren Patienten. Ihr therapeutisches Potenzial könnte mehr Patienten zugutekommen.“

Angaben zu möglichen Interessenkonflikten

Alle: Keine angegeben.

Primärquelle

Wilkinson AC et al. (2019): Long-term ex vivo haematopoietic-stem-cell expansion allows nonconditioned transplantation. Nature. DOI: 10.1038/s41586-019-1244-x.