Kultivierung von Stammzellen im Labor soll Immunabstoßung von Organen überwinden

Eine Studie von Forschern des University of Texas Southwestern Medical Center, die gerade von Cell Press in der Fachzeitschrift Cell Stem Cell veröffentlicht wurde, könnte dazu beitragen, vielversprechendere Therapiestrategien für die Transplantation hämatopoetischer Stammzellen zu entwickeln. Die etwa einwöchige Vorkultivierung dieser Zellen im Labor kann helfen, eines der größten Hindernisse für eine erfolgreiche Transplantation zu überwinden: die Immunabstoßung.

Hämatopoietische Stammzellen (HSCs) sind die Zellen, aus denen alle Arten von Blutzellen entstehen. Hämatopoietische Zelltransplantationen werden zur Behandlung von Leukämie, Lymphomen und anderen Krebsarten sowie Autoimmunerkrankungen eingesetzt.

Knochenmark. Lichtmikroskopische Aufnahme von Stammzellen, aus denen Blutzellen entstehen. Weiße Blutkörperchen sind groß und violett, rote Blutkörperchen blass und Blutplättchen sind kleine violette Körnchen. Blutzellen werden im Knochenmark ständig neu gebildet, da ihre Lebensdauer so kurz ist. Rote Blutkörperchen, Blutplättchen und alle drei Arten weißer Blutkörperchen (Granulozyten, Lymphozyten und Monozyten) stammen alle von einer einzigen Urzelle ab, der multipotenten Stammzelle. (Foto: Astrid & Hanns-Frieder Michler/Science Photo Library, P234/0030)

Das mangelnde Verständnis der Wechselwirkung zwischen hämatopoetischen Stammzellen und dem Immunsystem des Empfängers erschwert jedoch sowohl die Stammzellenforschung als auch die Entwicklung der praktischen Transplantation erheblich. Es besteht ein erhebliches Risiko, dass die transplantierten Zellen vom Wirtsorganismus nicht akzeptiert werden, d. h. die neuen Zellen werden von seinem Immunsystem abgestoßen. Zu den Hauptproblemen der allogenen Transplantation zählen die geringe Anwachsrate der Spendertransplantate und das hohe Risiko, eine lebensbedrohliche Graft-versus-Host-Krankheit zu entwickeln. Die Transplantation gereinigter allogener HSZ verringert dieses Risiko, führt jedoch zu einer verringerten Anwachsrate.

Obwohl Wissenschaftler einige der Gründe für solche Misserfolge kennen, bleiben viele Fragen unbeantwortet. „Die Lösung dieser Probleme wird zum Verständnis der Immunologie hämatopoetischer und anderer Stammzellen beitragen und die praktische Transplantation deutlich voranbringen“, sagte Studienleiter Dr. Cheng Cheng Zhang.

Dr. Zhang und seine Kollegen haben bereits gezeigt, dass menschliche und Maus-hämatopoetische Stammzellen (HSCs) erfolgreich im Labor gezüchtet und anschließend für Transplantationen eingesetzt werden können. Gleichzeitig werden bestimmte Veränderungen in vielen Proteinen auf der Oberfläche solcher Zellen beobachtet. Die Wissenschaftler interessierten sich dafür, ob eine solche „außerkörperliche Erfahrung“ auch die funktionellen Eigenschaften der HSCs verändern und sie so für Transplantationen geeigneter machen könnte.

Transplantologen interessieren sich besonders für klinisch relevante allogene Transplantationen, also Transplantationen zwischen genetisch unterschiedlichen Individuen, darunter Geschwister und nicht verwandte Spender-Empfänger-Paare. Dr. Zhangs Gruppe transplantierte sowohl frisch isolierte als auch im Labor gezüchtete HSCs in Mäuse und stellte fest, dass Zellen, die etwa eine Woche im Labor kultiviert worden waren, das Immunsystem des Empfängers deutlich weniger beeinträchtigten. Ex vivo kultivierte hämatopoetische Stammzellen von Mäusen überwanden erfolgreich die Haupthistokompatibilitätskomplexbarriere und besiedelten das Knochenmark allogener Empfängermäuse. Nach achttägiger Kultur konnten die Allografts um das 40-fache anwachsen.

Die Forscher beschlossen, den diesem Effekt zugrunde liegenden Mechanismus genauer zu untersuchen und fanden heraus, dass sowohl die Zunahme der Anzahl der HSCs als auch die kulturbedingte Zunahme der Expression des spezifischen Immunsysteminhibitors CD274 (B7-H1 oder PD-L1) auf der Zelloberfläche zu dieser Zunahme beitrugen.

„Diese Arbeit dürfte neue Erkenntnisse zur Immunologie hämatopoetischer und anderer Stammzellen liefern und könnte zur Entwicklung neuer Strategien für eine erfolgreiche allogene Transplantation führen“, so Dr. Zhang abschließend. „Die Fähigkeit, menschliche Spender-HSCs in Kultur zu vermehren und sie genetisch unterschiedlichen Menschen zu transplantieren und gleichzeitig die Entwicklung einer Graft-versus-Host-Krankheit zu vermeiden, wird ein zentrales Problem in diesem Bereich lösen.“

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]