Meilenstein für regenerative Medizin

by | Jun 11, 2024

Quelle: UW Medicine / Ian Haydon

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Forschern der University of Washington School of Medicine ist es gelungen, menschliche Stammzellen im Labor zur Bildung neuer Blutgefäße anzuleiten.

 

Es ist ein Meilenstein und bringt vor allem neue Hoffnung für die Reparatur von geschädigten Herzen, Nieren oder anderen Organen. Wissenschaftler der University of Washington School of Medicine haben es geschafft, menschliche Stammzellen im Labor so anzuleiten, dass sie neue Blutgefäße bilden. Unterstützung hatten sie dabei von am Computer entworfenen Porteinen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher in der Zeitschrift Cell veröffentlicht.

„Ob durch einen Herzinfarkt, Diabetes oder den natürlichen Prozess des Alterns – wir alle sammeln Schäden in unserem Körpergewebe an. Eine Möglichkeit, einen Teil dieser Schäden zu beheben, könnte darin bestehen, die Bildung neuer Blutgefäße in Bereichen anzuregen, die eine gesunde Blutversorgung benötigen”, sagt Hannele Ruohola-Baker, eine der Hauptautorinnen der Studie. Sie ist Professorin für Biochemie und stellvertretende Direktorin des Instituts für Stammzellen und Regenerative Medizin an der UW Medicine.

Wachstumsfaktoren als regenerative Medizin

Sie spielen eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung von Gewebe, der Wundheilung und auch bei der Entstehung von Krebs. Lange Zeit hat die Forschung versucht, natürliche Wachstumsfaktoren als regenerative Arzneimittel einzusetzen. Woran es bisher immer scheiterte, war die damit verbundene Ungenauigkeit.

Genau das wollten die Forscher der UW Medicine ändern. Sie haben sich vorgenommen, maßgeschneiderte Proteine zu entwickeln, die sich mit den zellulären Wachstumsfaktor-Rezeptoren auf äußerst präzise Weise verbinden. „Als wir die Moleküle im Labor herstellten und menschliche Stammzellen damit behandelten, sahen wir, dass sich unterschiedliche Arten von Gefäßen entwickelten, je nachdem, welche Proteine wir verwendeten. Das ist eine ganz neue Ebene der Kontrolle”, erklärt Natasha Edman, eine der Hauptautorinnen der Studie und Absolventin des UW Medical Scientist Training Program.

Die Forscher entwarfen mit Hilfe von Computern ringförmige Proteine, die jeweils auf bis zu acht Fibroblasten-Wachstumsfaktor-Rezeptoren ausgerichtet sind. Sie fanden heraus, dass sie durch Variation der Größe der Ringe und anderer Proteineigenschaften steuern konnten, wie die Stammzellen unter Laborbedingungen reiften.

Auch Übertrag auf Mäuse war erfolgreich

Die so entstandenen Gefäßnetzwerke waren funktionsfähig und ausgereift. Sie bildeten Röhren, heilten, wenn sie zerkratzt wurden, und nahmen wie erwartet Nährstoffe aus ihrer Umgebung auf. Bei der Transplantation in Mäuse wuchsen diese winzigen Netze menschlicher Blutgefäße innerhalb von drei Wochen mit dem Kreislaufsystem der Tiere zusammen.

„Die Studie zeigt, dass maßgeschneiderte Proteine mit exquisiten biologischen Funktionen durch Design geschaffen werden können. Dies wird den Wissenschaftlern helfen, die Biologie zu verstehen und letztendlich Krankheiten vorzubeugen und zu heilen”, unterstreicht der Hauptautor David Baker, ein Forscher des Howard Hughes Medical Institute, Professor für Biochemie und Direktor des Institute for Protein Design an der University of Washington School of Medicine.

Blutgefäße und andere Gewebearten

„Wir haben uns zunächst auf den Aufbau von Blutgefäßen konzentriert, aber dieselbe Technologie sollte auch für viele andere Gewebearten funktionieren. Dies eröffnet einen neuen Weg zur Untersuchung der Gewebeentwicklung und könnte zu einer neuen Klasse von Medikamenten für Rückenmarksverletzungen und andere Erkrankungen führen, für die es heute keine guten Behandlungsmöglichkeiten gibt”, schließt Ashish Phal, Hauptautor der Studie und Doktorand für Bioengineering an der UW, ab.

Die Forschungsarbeiten wurden am Institut für Proteindesign und am Institut für Stammzellen und Regenerative Medizin der UW Medicine durchgeführt und umfassten Mitarbeiter der New York University School of Medicine, der Teheran University of Medical Sciences, der Yale University School of Medicine, des Brotman Baty Institute for Precision Medicine und des Allen Discovery Center for Cell Lineage Tracing.

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