Wie eine zellbasierte Therapie künftig Knochendefekte heilen könnte

Bei großen Knochendefekten sind zellbasierte Therapien eine vielversprechende Alternative zu Transplantationen. Forschende haben jetzt herausgefunden, dass der Ursprung der Vorläuferzellen entscheidend für den Erfolg ist.

Bereits seit geraumer Zeit versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, aus Vorläuferzellen wie multipotenten Stromazellen (MSC) im Labor Gewebe für die Heilung von großen Knochendefekten herzustellen. Eine große Herausforderung stellt dabei die funktionelle Vielfalt der Vorläuferzellen dar.

In einer aktuellen Studie haben Forschende des Berlin Institute of Health in der Charité und der Paracelsus Medizinischen Privatuniversität Salzburg nun das regenerative Potenzial menschlicher MSC aus unterschiedlichen Bindegeweben untersucht.

Regenerationsfähigkeit auf Knochenmark beschränkt

Für ihre Versuche verwendeten sie Zellen aus weißem Fettgewebe, der Nabelschnur, der Haut und des Knochenmarks. Dabei stellten sie fest, dass die Zellen aus allen Geweben Transkriptionsfaktoren exprimieren, die mit der Verknöcherung zusammenhängen. Doch allein MSC aus dem Knochenmark wiesen die Fähigkeit auf, funktionsfähigen Knorpel zu bilden.

Den Studienautorinnen und -autoren ist es gelungen, in der Kulturschale vitale menschliche Knorpelscheiben aus Knochenmark-MSC herzustellen. Diese Knorpelscheiben haben sie im nächsten Schritt Mäusen mit großen Knochendefekten am Femur transplantiert. Dabei beobachteten sie, dass sich aus den Knorpelscheiben mit der Zeit neues Knochengewebe bildete und die Defekte verheilten.

Epigenetische Signatur reguliert Knochenheilung

Darüber hinaus haben die Forschenden einen neuen epigenetischen Mechanismus entdeckt, der für das Potenzial der Vorläuferzellen zur Bildung von Knochengewebe ausschlaggebend zu sein scheint. Dabei handelt es sich um ein komplexes Netzwerk aus zellspezifischen Promotoren und Enhancern, welches die Reihenfolge und Aktivierung von Genen während der Zelldifferenzierung steuert.

Bindungsstellen von Transkriptionsfaktoren in den Enhancer- und Promotorregionen von Genen, die mit der Verknöcherung zusammenhängen, waren nur in MSC aus dem Knochenmark zugänglich. Daraus erklärt sich die Fähigkeit dieser Zellen, Knorpel zu bilden, während dies mit den Vorläuferzellen aus den anderen Geweben nicht funktionierte.

Bevor die zellbasierte Therapie mit MSC aus dem Knochenmark Einzug in die Praxis erhält, sind noch weitere Entwicklungsschritte notwendig. So ist unter anderem zu klären, ob für die Therapie neben körpereigenen Zellen auch Zellen von Spenderinnen und Spendern geeignet sind und ob die Herstellung von Knorpelscheiben aus MSC automatisiert werden kann.