Fähigkeit von Stammzellmolekülen zur Heilung von Knochenschäden
Um die aufwändige Vermehrung von mesenchymalen Stammzellen zu vereinfachen, untersuchte das Projekt PARAGEN, wie sich parakrine Moleküle, die von mesenchymalen Stammzellen freigesetzt werden, therapeutisch nutzen lassen. „Wir gehen davon aus, dass der therapeutische Effekt transplantierter mesenchymaler Stammzellen auf diese parakrinen Faktoren zurückgeht“, erklärt Pierre Layrolle, Projektkoordinator und Forschungsleiter am Nationalen Institut für Gesundheit und medizinische Forschung, Frankreich.
Freisetzung von Knochenheilungsfaktoren aus Stammzellen
Schwerpunkt der Forschungsgruppe um PARAGEN waren Tests an Molekülen, so genannten Zytokinen und extrazellulären Vesikeln, d. h. Membranpartikeln, die von mesenchymalen Stammzellen freigesetzt werden. Zudem wurden Methoden für die Gewinnung dieser parakrinen Faktoren optimiert. Meadhbh Brennan, die über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert wurde, erklärt hierzu: „Bei den von mesenchymalen Stammzellen sezernierten Faktoren fanden wir immunmodulatorische und gewebsheilende Eigenschaften, da sie entzündungshemmende Immunzell-Phänotypen sowie die Differenzierung (Entwicklung) von mesenchymalen Stammzellen zu knochenbildenden Zellen fördern.” Gleichzeitig beschleunigten die Sekretionsfaktoren in vitro und in vivo die Angiogenese (Wachstum von Blutgefäßen). Da das Abklingen von Entzündungen, das Wachstum von Blutgefäßen und die Osteoblastendifferenzierung Voraussetzungen für die Knochenheilung sind, konnte auf die mutmaßlichen regenerativen Eigenschaften von mesenchymalen Stammzellen geschlossen werden. Bei MSZ-Zellkulturen auf Knochengerüsten aus Calciumphosphat mit unterschiedlicher Oberflächenstruktur zeigte sich zudem ein Effekt der Topographie auf die Zytokinsekretion von mesenchymalen Stammzellen und damit auf knochenresorbierende Osteoklastenzellen. Indem das Kulturmedium der mesenchymalen Stammzellen optimiert wird, könnte also ein MSZ-Sekretom generiert werden, das die für die jeweilige Gewebeheilung gewünschten Eigenschaften hat.
Ausräumen von Forschungshindernissen
„Eine der größten Hürden war, MSZ-Vesikel von Vesikeln zu unterscheiden, die bereits im Kulturmedium vorhanden waren“, sagt Brennan. So war erhöhter Forschungsaufwand nötig, um Zellkulturen und Isolationsverfahren zu optimieren und MSZ-Medien so zu konditionieren, dass eine reine Population extrazellulärer Vesikel entsteht. „Nur so war es möglich, jeder aus Stammzellen sezernierten Komponente ihre jeweiligen Funktionen zuzuordnen.“ PARAGEN lieferte neue Erkenntnisse zu den Komponenten des MSZ-Sekretoms und deren Einfluss auf die Geweberegeneration. Da jedoch weitere Untersuchungen nötig sind, um das MSZ-Sekretom für die Knochenheilung zu rekrutieren, werden sich künftige Studien mit der Mikroumgebung von Zellkulturen, Biomaterialien zur Abgabe des MSZ-Sekretoms und optimierter Dosierung befassen. Wie Brennan zusammenfasst, „sind die Fortschritte hin zu einer Standardtherapie, die sich die Eigenschaften von mesenchymalen Stammzellen zunutze macht, enorm. Und dabei konnten wir auch die komplexen, mehrstufigen Prozesse abkürzen, die eine MSZ-Implantation bislang erforderte.“
Bedeutsame Fortschritte in der regenerativen Medizin
Das Marie-Curie-Stipendium war für Meadhbh Brennans Forschungslaufbahn ein wesentlicher Faktor. „Damit erwarb ich neue Kompetenzen für meine kürzlich angetretene Dozentenstelle in Biomedizintechnik und Regenerativer Medizin an der National University of Ireland in Galway, sowie für meine Tätigkeit an den Fachbereichen Medizin und Technik, was meine akademische Laufbahn fördern wird“, sagt sie. Weiterer Forschungsschwerpunkt für sie wird die Charakterisierung des MSZ-Sekretoms sein. Brennan wurde kürzlich mit einem Starting Grant des Europäischen Forschungsrates bedacht, um ihre bahnbrechende Forschung an therapeutischen Vesikeln weiterzuführen. Sie fasst zusammen: „Durch mein Marie-Curie-Stipendium konnte ich wichtige akademische Kontakte knüpfen, die ich durch künftige Forschungspartnerschaften stärken will, um neue technische Fähigkeiten und Erfahrungen im Stipendienmanagement und in der Betreuung von Masterabschlüssen und Doktorandenstellen zu sammeln.“
Schlüsselbegriffe
PARAGEN, MSZ, mesenchymale Stammzellen, Knochen, Sekretom, extrazelluläre Vesikel, Stammzellen, parakrine Faktoren