Die Zellersatztherapie ist ein Hoffnungsträger in der Behandlung seltener Krankheiten. Grundlegend ist dafür die Umprogrammierung von weiterentwickelten Zellen in pluripotente Stammzellen. Ein neuer Trick half Forschern, diesen Prozess zu verbessern.
Ausgereifte menschliche Zellen haben eine besondere Einschränkung: Sie können nur neue Zellen des eigenen Typus hervorbringen. Eine Hautzelle kann beispielsweise niemals eine Muskelzelle bilden, sondern nur weitere Hautzellen. Daher eignen sich diese Zellen nicht für Zellersatztherapien.
Im frühen Stadium der embryonalen Entwicklung gibt es jedoch Zellen, die alle Zelltypen unseres Körpers erzeugen können, einschließlich Stammzellen. Deshalb bezeichnet man diese Zellen als totipotente Zellen. Wissenschaftler weltweit versuchen, diese Totipotenz im Labor mit Hilfe der Zellumprogrammierung nachzubauen, um damit neue Therapieansätze zu ermöglichen.
Bislang sind noch nicht alle Eigenschaften von totipotenten Zellen bekannt. Nun haben Forscher eine neue Entdeckung gemacht: „Wir haben herausgefunden, dass in totipotenten Zellen, die wir auch als die Mutterzellen der Stammzellen bezeichnen, die DNA-Replikation in einem anderen Tempo abläuft als in anderen, weiterentwickelten Zellen. Tatsächlich ist die Geschwindigkeit deutlicher langsamer als in allen anderen von uns untersuchten Zelltypen“, erklärt Tsunetoshi Nakatani, Erstautor der neuen Studie.
Darüber hinaus entdeckten die Wissenschaftler, dass die Geschwindigkeit der DNA-Replikation auch in künstlich erzeugten totipotent-ähnlichen Zellen aus dem Labor wesentlich geringer als bei anderen Zelltypen ist. „Nach dieser Beobachtung, stellten wir uns die Frage: Wenn es uns gelingt, die Geschwindigkeit der DNA-Replikation bewusst zu verlangsamen, können wir dann weiterentwickelte Zellen besser in totipotente Zellen umprogrammieren?“, so Nakatani.
Der Verdacht bestätigte sich: In einem groß angelegten Experiment stellten die Forscher fest, dass eine Verlangsamung der DNA-Replikationsgeschwindigkeit (beispielsweise durch eine Begrenzung des Substrats, das die Zellen für die DNA-Synthese benötigen) die Effizienz der Zellumprogrammierung erhöht. Die Zellen konnten sich deutlich schneller in einen anderen Zelltyp umwandeln.
„Das sind faszinierende Ergebnisse“, sagt Studienleiterin Maria-Elena Torres-Padilla. „Wir haben in den letzten Jahren totipotente Zellen ausführlich studiert um herauszufinden, wie sie alle Zellen unseres Körpers erzeugen können. Dies ist eine unserer grundlegenden Forschungsstrategien im Bereich der regenerativen Medizin. Unser neues Konzept ist so simpel und dennoch so bahnbrechend – wir glauben, dass es der Stammzelltherapie zu großen Fortschritten verhelfen wird.“
Dieser Artikel beruht auf einer Pressemitteilung des Helmholtz Zentrum München. Die Originalpublikation haben wir euch hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: Ksenia Kudelkina, unsplash.