Umwandlung von menschlichen Hautzellen in Motoneuronen

Wissenschaftler der Washington University School of Medicine in St. Louis, USA, haben einen neuen Weg gefunden menschliche Hautzellen direkt in Motoneuronen umzuwandeln. Die neue Technik kann dabei helfen, Krankheiten, die die Nervenzellen betreffen, besser verstehen und letztendlich behandeln zu können.

Studien an Motoneuronen gestalten sich bisher schwierig, da sie lebenden Patienten nicht entnommen werden können.

Das Finden von Behandlungsmöglichkeiten bei neurodegenerativen Erkrankungen wurde bisher dadurch erschwert, dass menschliche Motoneuronen nicht im Labor gezüchtet werden könne. Motoneuronen steuern Muskelkontraktionen. Zu einem Funktionsverlust der Nervenzellen kommt es z. B. bei Krankheiten wie Amyotrophe Lateralsklerose (ALS), spastische Spinalparese und spinale Muskelathropie, die zu Lähmungen und zum frühzeitigen Tod führen können.

In der vorliegenden neuen Studie haben die Forscher Hautzellen von gesunden Erwachsenen direkt in Motoneuronen umgewandelt ohne dass die Zellen das Stammzellenstadium durchlaufen mussten. Dies schafft die Möglichkeit Motoneuronen des menschlichen Nervensystems im Labor zu untersuchen. Bisher war das nicht möglich, da Motoneuronen lebenden Menschen nicht entnommen werden können – Hautzellen aber schon.

Durch das neue Verfahren wird nicht nur das Verwenden von Stammzellen überflüssig gemacht, was eine Auseinandersetzung mit den ethischen Bedenken bei der Forschung mit embryonalen Stammzellen umgeht. Auch das Zellalter der so gewonnenen Motoneuronen entspricht dem Alter der entnommenen Hautzellen – und damit dem Alter des Patienten. Dieser Erhalt des Zellalters ist ausschlaggeben beim Studium neurodegenerativer Krankheiten, die beim Menschen in verschiedenen Altersgruppen entstehen können und sich im Laufe der Zeit verschlimmern.

Hauptautor Dr. Andrew S. Yoo erklärt: “Wir verwendeten nur Hautzellen von gesunden Erwachsenen im Alter von Anfang 20 bis Ende 60. Unsere Forschung zeigte, wie kleine Ribunukleinsäure (RNA) Moleküle mit anderen Zellsignalen, den Transkriptionsfaktoren, zusammenwirken und spezifische Zellarten bilden können. In diesem Fall Motoneuronen. Als nächsten Schritt werden wir Hautzellen bei Menschen mit Motoneuron-Erkrankungen entnehmen und umwandeln. So wollen wir mehr über die Entstehung der Krankheiten erfahren.“

Das neue Verfahren soll helfen neurodegenerative Krankheiten besser zu verstehen und neue Wege zur Heilung von beschädigten Geweben und Organen erschließen, d. h. es hat das Potential das Gebiet der regenerativen Medizin voranzubringen, was auch für Querschnittgelähmte interessant ist.

Das Verfahren

Um Hautzellen in Motoneuronen umwandeln zu können, setzten die Forscher die Hautzellen molekularen Signalen aus, die gewöhnlich hochkonzentriert im Gehirn vorkommen. Frühere Studien hatten ergeben, dass winzige RNA Abschnitte (miR-9 und miR-124) Hautzellen in Neuronen verwandeln.

Bei der neuen Studie gingen die Forscher ins Detail und fanden heraus, wie spezifische Neuronen erzeugt werden können. Zudem identifizierten sie die Gene, die an dem Prozess beteiligt sind und die inaktiv bleiben, bis die richtigen Moleküle verwendet werden. Schließlich fanden die Forscher heraus, dass zwei weitere Stoffe – die Transkriptionsfaktoren ISL1 und LHX3 – notwendig sind, um Hautzellen innerhalb von ca. 30 Tagen in spinale Motoneuronen zu verwandeln.

Die vorliegenden Ergebnisse seien, laut dem Forscherteam, günstig im Vergleich zur Verwendung der Motoneuronen von Mäusen. Man könne jedoch nicht sicher sein, wie sie sich im Vergleich zu ursprünglichen menschlichen Motoneuronen verhalten, da es schwierig sei an solche heranzukommen. Weitere Studien mit Motoneuronen, die von Erwachsenen nach ihrem Tod gespendet werden, seien notwendig, um festzulegen wie genau die gezüchteten Neuronen die direkt entnommenen menschlichen Neuronen imitieren können.

Die Studie wurde am 7ten September 2017 im Fachjournal Cell Stem Cell veröffentlicht.

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