Forscher züchten Hautstammzellen für den Kampf gegen Krebs

Forscher züchten Hautstammzellen für den Kampf gegen Krebs

Haarfollikel-Stammzellen können in einer Petrischale gezüchtet werden. Ein wichtiger Baustein für die Hautkrebsforschung. Foto: Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

Für neue Therapien gegen Hautkrebs müssen Forscher Medikamente an der Haut von Tieren testen. Jetzt haben es Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Biologie des Alterns aus Köln geschafft, Hautstammzellen von Mäusen in der Petrischale zu züchten. Diese kultivierten Stammzellen könnten in Zukunft Tierversuche in diesem Bereich ersetzen.

 

Wunden müssen verheilen, ausgefallene Haare ersetzt werden. Dafür braucht es die sogenannten Haarfollikel-Stammzellen in unserer Haut. Sie sitzen an den Haarwurzeln und können sich zu verschiedenen Hautzelltypen ausdifferenzieren. Wenn die Stammzellen nicht mehr richtig gesteuert werden, können Erkrankungen wie Hautkrebs entstehen.

 

Sara Wickström erforscht, wie sich Hautstammzellen in der Petrischale züchten lassen. Foto: Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

„Wir wollten eine Methode entwickeln, mit der wir die Haarfollikel-Stammzellen und ihre Rolle in der Hautkrebsentstehung untersuchen können“, erklärt Carlos Andrés Chacón-Martínez, Wissenschaftler in der Forschungsgruppe von Sara Wickström am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Köln. “Normalerweise nutzen wir für diese Untersuchungen Modellorganismen, wie z.B. Mäuse. Aber das erfordert zum einen viele Versuchstiere und zum anderen viele Jahre Forschungsarbeit. Mit unserer neuen Methode können wir die Stammzellen jederzeit in der Petrischale untersuchen.“ Die Forscher müssen diese Zellen nun nicht mehr jedes Mal neu aus Hautbiopsien gewinnen. „Unsere Methode wird aber nicht alle Tierversuche auf diesem Gebiet ersetzen, da Zellkulturen sich nie exakt gleich verhalten wie echte Gewebe. Das heißt, zunächst müssen alle Ergebnisse, die wir mit den neuen Stammzellen erzielen, noch an Hautbiopsien validiert werden. Erst dann können wir sicher sein, dass unsere Ergebnisse mit den Verhältnissen in echten Geweben übereinstimmen“, ergänzt Wickström

 

Zellen verwandeln sich zurück in Stammzellen

 

Um Haarfollikel-Stammzellen in der Petrischale wachsen zu lassen, müssen die Wissenschaftler nun also nur zu Beginn Hautzellen aus einer Maus entnehmen. Diese werden dann in ein dreidimensionales Gel aus Proteinen transferiert, die natürlicherweise in der Haut vorkommen. Um das Wachstum der Stammzellen anzuregen, geben die Forscher verschiedene Stoffe hinzu, die das Zellwachstum und Zellüberleben regulieren. Die Stammzellen können dann für lange Zeit in der Petrischale aushalten. Um das zu erreichen, waren einige Vorkenntnisse aus früheren Forschungen essentiell. „Zum einen haben wir aus unserer eigenen Arbeit gelernt, dass die Beschaffenheit des Stützgels, in dem die Stammzellen wachsen sollen, ein ganz wesentlicher Faktor ist. Dann haben wir Daten von anderen Forscherteams benutzt, die herausgefunden haben, welche Steifheit und welche dreidimensionale Geometrie dieses Gerüst haben muss, damit die Stammzellen darin überleben können“, erläutert Sara Wickström, Leiterin der Studie.

 

Die Untersuchungen der Kölner Wissenschaftler zeigen, dass sich sogar schon ausdifferenzierte Zellen mit dieser Methode zu Stammzellen zurück programmieren lassen. „Wir können die Eigenschaften der Haut in der Petrischale nachbilden und zum Beispiel untersuchen, wie sich die Zellen verhalten, wenn wir sie UV-Strahlen aussetzen. Es müssen also nicht mehr lebende Mäuse bestrahlt werden. Die Methode könnte sehr nützlich sein, um neue Therapien gegen das Altern oder Krebs zu entwickeln“, erklärt Chacón-Martínez. Allerdings ist Krebs eine Krankheit, die aus dem komplexen Zusammenspiel zwischen verschiedenen Geweben und Zelltypen sowie verschiedenen Umwelteinflüssen entsteht. „Mit unserer neuen Methode können wir zwar Teilaspekte der Krankheitsentstehung in vitro, d.h. in der Kulturschale, untersuchen, nicht aber deren Interaktionen abbilden. Dafür werden auch weiterhin Tierversuche nötig sein“, gibt Wickström zu bedenken.

 

Nächster Schritt: Menschliche Haut

 

Jetzt wollen die Forscher das System an menschliche Zellen anpassen. „Die neue Methode ist zwar zunächst für die Erforschung von biologischen Mechanismen in der Haut bei Krebs oder während des Alterns gedacht, aber wenn wir in der Lage wären, menschliche Haarfollikel-Stammzellen mit unserer Methode wachsen zu lassen, könnte das große Auswirkungen auf die regenerative Medizin haben. Die moderne Medizin kann schon menschliche Haut in der Petrischale wachsen lassen und transplantieren, aber sie bildet keine Haare. Vielleicht können wir mit unserer Methode bald Männern wieder zu vollem Haar verhelfen“, gibt sich Chacón-Martínez zuversichtlich.

 

Die Studie wurde am Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns in Kollaboration mit dem Institut für medizinische Informatik und Biometrie an der TU Dresden sowie dem Center for Molecular Medicine Cologne (CMMC) und dem Cluster for Excellence on Aging Research (CECAD) in Köln durchgeführt und wurde aus Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft, der Max-Planck-Förderstiftung und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.

 

Originalarbeit

Carlos A. Chacón-Martínez, Markus Klose, Catherin Niemann, Ingmar Glauche, Sara A. Wickström:

Hair follicle stem cell cultures reveal self-organizing plasticity of stem cells and progeny in The EMBO Journal, Dezember 2016


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