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Muskeldystrophie mit Stammzellen behandeln
Forscher am Southwestern Medical Center der University of Texas (UT Southwestern) haben embryonale Stammzellen von Mäusen verwendet, um Muskelzellen zu züchten. Dieselben Zellen, die Mäusen mit einer leichten Form von Muskeldystrophie injiziert wurden, bildeten gesunde, funktionelle Muskelfasern an der Stelle des sich verschlechternden Gewebes. Wissenschaftler sagen, dass die Forschung, obwohl sie sich noch im Anfangsstadium befindet, schließlich zu einer zellbasierten Therapie für Patienten mit Muskeldystrophie und anderen muskelbedingten Erkrankungen führen könnte. Die Studie wurde kürzlich in der Online-Ausgabe von . veröffentlicht Naturmedizin .
Muskelaufbau: Embryonale Stammzellen von Mäusen wurden verwendet, um gesunde, funktionelle Muskelfasern zu züchten. Das obige Bild zeigt eine Mischung aus embryonalen Stammzellen der Maus (grün eingefärbt) und Dystrophin (rot eingefärbt), einem Protein, das für die richtige Muskelfunktion unerlässlich ist.
Laut der Verband für Muskeldystrophie , etwa 250.000 Menschen in den Vereinigten Staaten haben irgendeine Form der Krankheit. Die bekannteste Muskeldystrophie Duchenne wird durch eine genetische Mutation verursacht, die die Bildung von Dystrophin, einem wichtigen Protein, das an der Bildung von Muskelzellen beteiligt ist, stört. Ohne Dystrophin können sich die Muskeln nicht regenerieren, sie werden allmählich schwächer und verkümmern. Schließlich wird der geschädigte Bereich von Fett und Bindegewebe eingenommen.
Rita Perlingeiro , Assistant Professor für Entwicklungsbiologie an der UT Southwestern, sagt, dass embryonale Stammzellen der Schlüssel zur Umkehrung der schwächenden Auswirkungen der Muskeldystrophie sein könnten. Der Vorteil liegt in der Pluripotenz der Zellen – der Fähigkeit, sich in jede reife Zelle zu verwandeln, sei es in Knochen, Muskeln oder Knorpel. Viele Forscher fanden es jedoch schwierig, jede Stammzelle in einer Kultur so zu steuern, dass sie einen bestimmten Zelltyp bildet. In Laborexperimenten erhalten Wissenschaftler oft eine Mischung von Zellen, die, wenn sie einem Tier injiziert werden, große Ansammlungen bilden, die einem Tumor ähneln.
Perlingeiro und ihr Team haben sich also zwei Hauptziele gesetzt: die richtigen Hinweise zu finden, um embryonale Stammzellen in Muskelzellen umzuwandeln, und nach Wegen zu suchen, Muskelzellen vom Rest des Kulturmediums zu isolieren, um eine Dosis von zu injizieren reine Muskelzellen in ein Mausmodell.
In der normalen embryonalen Entwicklung verwandeln sich Stammzellen in verschiedene Gewebe und Knochen, abhängig von einer Kombination molekularer und genetischer Signale. Im Fall von Muskelzellen hat die Forschung in der Vergangenheit gezeigt, dass das Gen Pax-3 essentiell ist, um Stammzellen auf den Weg der Muskelbildung zu weisen. Mit diesem Wissen züchteten Perlingeiro und ihr Team embryonale Stammzellen von Mäusen in einer Kulturschale und manipulierten dann die Lösung genetisch, um Pax-3 zu überexprimieren. Sie fanden heraus, dass im Vergleich zu Mischungen ohne Pax-3 eine signifikante Anzahl von Stammzellen, die dem aktivierten Gen ausgesetzt waren, Muskelzellen bildete.
Allerdings verwandelten sich nicht alle Zellen in Muskeln, und als das Team die Lösung einer Maus mit einer leichten Form von Muskeldystrophie injizierte, verursachte die Mischung Tumore. Das Team konzentrierte sich dann auf die Entwicklung eines Identifizierungsprozesses, der Muskelzellen vom Rest der Lösung abheben würde. Perlingeiro befasste sich erneut mit der Grundlagenforschung und fand heraus, dass Stammzellen, die zu sehr frühen Versionen von Muskelzellen werden, während der normalen Muskelbildung im Embryo bestimmte Oberflächenmoleküle oder Marker aufweisen. Das Team wiederholte die erste Phase seines Experiments, setzte embryonale Stammzellen Pax-3 aus und suchte nach den verräterischen Markern, die auf Muskelzellen hinweisen. Anschließend isolierten die Forscher diese Zellen und stellten eine Lösung her, die ausschließlich aus Muskelzellen bestand.
Zur Vorbereitung der Injektion der neuen Lösung in ein Mausmodell injizierte das Team zunächst Cardiotoxin in das Bein der Maus. Die Wirkung hemmte die Produktion von Dystrophin, was zu einer Schwächung des Muskels führte – ein Zustand, der einer Muskeldystrophie ähnelt. Perlingeiro und ihre Kollegen injizierten dann der Maus die Muskelzelllösung. Das Team nahm dann Muskelbiopsien und stellte nach Immunfärbung fest, dass behandelte Mäuse im Vergleich zu Mäusen, die die Lösung nicht erhielten, mehr Dystrophin aufwiesen, was auf eine gesunde Muskelregeneration hinweist.
Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, ließen die Forscher beide Gruppen von Mäusen auf einem Laufband laufen; Sie fanden heraus, dass die Mäuse, die die Lösung erhielten, die Gruppe überlebten, die dies nicht tat. Perlingeiro ging noch einen Schritt weiter: Nachdem sie beide Tiergruppen geopfert hatte, extrahierten sie und ihre Kollegen jeden Beinmuskel, behandelt oder unbehandelt. Dann legten sie jeden Muskel in ein Bad und testeten seine Kraft, indem sie ihn einem elektrischen Impuls aussetzten. Das Team stellte fest, dass die stärkeren Kontraktionen von den Muskeln stammten, die mit der aus Stammzellen gewonnenen Lösung behandelt wurden.
Perlingeiro sagt, dass die Ergebnisse der Studie ermutigend sind, da sie sich vorstellt, eines Tages eine stammzellbasierte Therapie für Menschen mit Muskeldystrophie und anderen muskelbedingten Erkrankungen anzubieten. Es müssen jedoch noch weitere Folgestudien durchgeführt werden, bevor die Technik am Menschen angewendet werden kann.
Ich habe eine lange To-do-Liste, sagt Perlingeiro. Wir möchten die gleiche Technik bei menschlichen embryonalen Stammzellen anwenden.
Vor kurzem konnten Forscher menschliche Hautzellen in embryonale Stammzellen verwandeln, eine Technik, die die heiklen Probleme umgeht, die derzeit mit der Verwendung embryonaler Stammzellen verbunden sind. Perlingeiro sagt, dass die Kombination dieser Technik mit ihrer muskelableitenden Methode eines Tages zu einer effektiven und effizienten Behandlung von Krankheiten wie Muskeldystrophie führen kann.
Wenn wir Hautzellen so umprogrammieren könnten, dass sie pluripotent werden, und Pax-3 zum Muskelaufbau verwenden könnten, könnten wir Zellen aus dem Patienten herstellen und hätten keine ethischen Probleme oder Abstoßungsprobleme, sagt Perlingeiro.
Paul Muhlrad, Koordinator des Forschungsprogramms der Muscular Dystrophy Association, sagt, dass die Ergebnisse der Studie ein vielversprechender Schritt in Richtung einer wirksamen Behandlung muskelbedingter Erkrankungen sind. Diese Forscher präsentieren einen schönen Grundsatzbeweis, dass embryonale Stammzellen im Labor in muskelproduzierende Zellen umgewandelt und verwendet werden können, um Menschen mit Duchenne-Muskeldystrophie gesunde Muskeln zu liefern, sagt Mühlrad. Natürlich wurden diese Experimente mit Mäusen durchgeführt. Wir müssen noch sehen, ob sie beim Menschen funktionieren, aber diese Studie gibt uns viel Hoffnung.