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Der Entwicklungspfad einer Stammzelle hängt von ihrer Form ab
Zuletzt überprüft: 30.06.2025
Um eine Stammzelle auf den gewünschten Entwicklungsweg zu lenken, ist es überhaupt nicht notwendig, sie mit den entsprechenden Hormonen und anderen biochemischen Signalen zu versorgen; es reicht aus, sie einfach zu zwingen, die Form einer Zelle des gewünschten Gewebes anzunehmen.
Was bewirkt, dass sich Stammzellen in einen bestimmten Zelltyp verwandeln? Woher wissen beispielsweise Knochenstammzellen, dass sie sich zu Knochenzellen und nicht zu Knorpelzellen entwickeln müssen? Diese Fragen sind sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Forschung von großer Bedeutung. In der regenerativen Medizin wird erkranktes Gewebe durch gesundes, aus Stammzellen gewonnenes Gewebe ersetzt, und Ärzte müssen sicher sein, dass sich die Stammzellen in das gewünschte Gewebe verwandeln.
Es ist bekannt, dass solche Zellen chemischen Signalen gehorchen: Ein Hormon kann einer Stammzelle befehlen, ein bestimmtes reifes Gewebe zu bilden. Andererseits gibt es Hinweise darauf, dass die Zelldifferenzierung von der Art der Oberfläche abhängt, auf der die Zellkultur lebt und sich vermehrt: Der Kontakt der Zelle mit dem Substrat bestimmt ihr Schicksal. Forscher des National Institute of Standards and Technology (USA) vermuten, dass die Transformation einer Stammzelle von der Form abhängt, die sie annehmen musste.
Um Gewebe aus Stammzellen zu züchten, verwenden Ärzte temporäre Polymerimplantate, die als Substrat, als dreidimensionale Grundlage, dienen. Das Skelettimplantat ordnet die Zellen im Raum und lenkt ihr Wachstum. Im Experiment pflanzten Wissenschaftler Knochengewebestammzellen auf verschiedene Arten solcher Implantate, die sich in ihrer räumlichen Struktur unterschieden. In diesem Fall wurden die Zellen ohne Zugabe von Hormonen oder anderen Substanzen gezüchtet, die ihnen den Entwicklungsverlauf „aufzeigen“ könnten. Infolgedessen begannen die Stammzellen nur in einem von fünf Fällen, Kalzium anzureichern, was auf ihre Umwandlung in eine reife Knochenzelle hindeutet. Um erfolgreich an diesem Substrat zu haften, mussten sich die Zellen ausdehnen und lange Fortsätze bilden, d. h. die Form eines reifen Osteozyten annehmen.
So lassen sich Stammzellen, wie die Autoren im Fachjournal „Biomaterials“ schreiben, ganz ohne chemische Signalcocktails auf den gewünschten Entwicklungspfad lenken. Es genügt, ihnen die charakteristische Form zu geben, die den Zellen des gewünschten Gewebes innewohnt.
Auf den ersten Blick ist das Ergebnis seltsam und unverständlich. Es ist, als würde man sagen, dass Studenten Ärzte werden, weil sie im medizinischen Praktikum weiße Kittel tragen müssen. Wissenschaftler müssen noch erklären, wie die Zellmorphologie ihr Verhalten bestimmt. Aber natürlich erscheint die räumliche Methode des Züchtens neuen Gewebes günstiger und einfacher als die signalchemische „Kultivierung“.