Wissenschaftler entdecken Schlüsselsignal für künstliche Blutproduktion

Wissenschaftler sind der Herstellung von künstlichem Blut einen Schritt näher gekommen: Die Entdeckung eines Schlüsselsignals, CXCL12, könnte die Produktion roter Blutkörperchen effizienter machen.

Wissenschaftler arbeiten seit Jahrzehnten an der künstlichen Blutproduktion. Forscher der Universität Konstanz und der Queen Mary University of London haben nun mit einer neuen Entdeckung einen entscheidenden Schritt vorangekommen.

In Deutschland werden täglich rund 15.000 Einheiten Blut benötigt, die meisten davon stammen von Spendern. Alternative Methoden der Blutgewinnung, einschließlich der künstlichen Massenproduktion, werden seit Jahren erforscht, sind aber noch weit von einer breiten Anwendung entfernt. Das Hauptproblem liegt in den äußerst komplexen und wenig verstandenen Mechanismen, mit denen der Körper diese lebenswichtige Flüssigkeit auf natürliche Weise produziert.

Identifizierung eines Schlüsselsignals für die Bildung roter Blutkörperchen

Dr. Julia Gutjahr, Biologin am Institut für Zellbiologie und Immunologie Thurgau der Universität Konstanz, erforscht die Mechanismen der Hämatopoese. Gemeinsam mit Kollegen der Queen Mary University of London hat sie ein molekulares Signal – das Chemokin CXCL12 – identifiziert, das die Ausstoßung des Zellkerns aus roten Blutkörperchen auslöst. Dies ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung roter Blutkörperchen.

„Der letzte Schritt bei der Umwandlung des Erythroblasten in ein rotes Blutkörperchen ist die Ausstoßung des Zellkerns. Dieser Vorgang ist einzigartig bei Säugetieren und schafft Platz für Hämoglobin, das am Sauerstofftransport beteiligt ist“, erklärt Gutjahr.

Obwohl der Prozess der Reifung von Stammzellen zu roten Blutkörperchen nahezu optimiert ist, war bislang unklar, welche Faktoren die Ausstoßung des Zellkerns auslösen.

„Wir fanden heraus, dass das Chemokin CXCL12, das vor allem im Knochenmark vorkommt, diesen Prozess in Kombination mit einer Reihe anderer Faktoren initiieren kann. Indem wir den Erythroblasten zum richtigen Zeitpunkt CXCL12 hinzufügten, konnten wir die Kernausstoßung künstlich herbeiführen“, sagt Gutjahr.

Was bedeutet das für die künstliche Blutproduktion?

Diese Entdeckung war ein wissenschaftlicher Durchbruch, der die Effizienz der künstlichen Blutproduktion in Zukunft deutlich verbessern könnte. Allerdings sind noch weitere Forschungen nötig.

Seit 2023 leitet Gutjahr seine eigenen Forschungsgruppen am Institut für Zellbiologie und Immunologie Thurgau und untersucht weiterhin die Rolle von CXCL12.

„Wir untersuchen nun, wie sich mit CXCL12 die künstliche Produktion menschlicher roter Blutkörperchen optimieren lässt“, erklärt Gutjahr.

Neben praktischen Anwendungen in der industriellen Produktion roter Blutkörperchen liefern die Ergebnisse der Studie auch neue Einblicke in zelluläre Mechanismen: Anders als andere Zellen, die bei Stimulation durch CXCL12 wandern, wird dieses Signal bei Erythroblasten ins Zellinnere, sogar in den Zellkern, transportiert. Dort beschleunigt es die Zellreifung und fördert die Ausstoßung des Zellkerns.

„Unsere Studie zeigt erstmals, dass Chemokinrezeptoren nicht nur auf der Zelloberfläche, sondern auch in ihrem Inneren wirken und eröffnet damit völlig neue Perspektiven für die Zellbiologie“, sagte Professor Antal Roth von der Queen Mary University.

Optimierung der Produktion für eine breite Anwendung

Stammzellen sind bis heute die effizienteste Methode zur Herstellung von künstlichem Blut: Bei etwa 80 % der Zellen erfolgt die Ausstoßung des Zellkerns. Allerdings sind die Quellen für Stammzellen begrenzt (Nabelschnurblut, gespendetes Knochenmark), was eine Massenproduktion unmöglich macht.

Wissenschaftlern ist es kürzlich gelungen, verschiedene Zelltypen zu Stammzellen umzuprogrammieren und daraus rote Blutkörperchen zu erzeugen. Diese Methode bietet eine nahezu unbegrenzte Zellquelle, dauert aber länger und ist weniger effektiv: Nur 40 % der Zellen stoßen ihren Zellkern aus.

„Unsere neuen Erkenntnisse zur Schlüsselrolle von CXCL12 geben uns Hoffnung, dass sein Einsatz die Effizienz der Produktion roter Blutkörperchen aus reprogrammierten Zellen deutlich verbessern wird“, bemerkt Gutjahr.

Wenn eine Massenproduktion möglich wird, ergeben sich zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten: die gezielte Herstellung seltener Blutgruppen, die Beseitigung des Mangels an Spenderblut und die Möglichkeit, das eigene Blut eines Patienten für die spezielle Behandlung verschiedener Krankheiten nachzubilden.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Science Signaling veröffentlicht.