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Neue Blutgefäße aus Stammzellen

Vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften kommen spannende Neuigkeiten. Den Wiener Wissenschaftlern gelang es jetzt erstmalig, menschliche Blutgefäße aus Stammzellen zu kultivieren. Somit ist es nun möglich, Gefäßerkrankungen direkt am menschlichen Gewebe zu untersuchen. Die Hoffnung unter den Medizinern ist groß. Es können zukünftig völlig neue Ansätze für Therapien gefunden werden – beispielsweise bei Diabetes, Schlaganfällen oder Wundheilung.

 

Das System geht immer an den dünnsten Stellen kaputt – Kapillaren besonders anfällig für Schäden

Salopp formuliert: Ohne Blutgefäße läuft im Körper nichts, denn jedes Organ wird von einem dichten Netz aus Venen und Arterien versorgt. Über die Adern erfolgt der Transport von Sauerstoff und Nährstoffen sowie der Abtransport der Stoffwechselendprodukte. Funktionieren die Blutgefäße nicht einwandfrei, geht den Organen im wahrsten Sinne des Wortes die Puste aus.

Die feinsten Blutgefäße werden dabei Kapillaren genannt. Ihr Durchmesser ist nur wenige Mikrometer groß. Treten hier Probleme auf, so kommen Nährstoffe und Sauerstoff bei den einzelnen Zellen nicht mehr an. Sie nehmen in Folge der Unterversorgung Schaden und sterben ab.

 

Gefäßerkrankungen sind weltweit auf dem Vormarsch

Leider steigt die Zahl der Patienten mit krankhaften Veränderungen an den Blutgefäßen und insbesondere den Kapillaren weltweit stark an. Diese Entwicklung bereitet Ärzten und Wissenschaftlern große Sorgen. So hat sich allein die Anzahl der Diabetiker seit 1980 auf heute rund 420 Millionen Betroffene verdoppelt.

Die Statistiken zum Diabetischen Fußsyndrom sind alarmierend:
Rund 14 % der Diabetiker werden jedes Jahr wegen Fußproblemen beim Arzt behandelt.
Nach einer Vorfußamputation bzw. Unterschenkel- oder Oberschenkelamputation werden viele pflegebedürftig.
Bei der Hälfte der Diabetes-Patienten erfolgt innerhalb von 4 Jahren nach Amputation des ersten Beines auch die Amputation des zweiten Beines.

Diabetes geht nicht nur mit einem gestörten Zuckerstoffwechsel einher, sondern führt zu einer Reihe von schwerwiegenden Folgeerkrankungen wie Herzinfarkt, Schlaganfall, Nierenversagen, Erblindung oder Amputationen aufgrund von schlecht heilenden Wunden. Eine der Ursachen für diese Begleiterkrankungen des Diabetes sind Schäden an den Blutgefäßen. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) schätzt, dass allein die Behandlung der „Zuckerkrankheit“ und ihrer Folgekrankheiten weltweit Kosten von 825 Milliarden Dollar pro Jahr in den Gesundheitssystemen verursacht.

 

Fehlende lebensnahe Modelle machten den Forschern zu schaffen

Wissenschaftler suchen daher händeringend nach neuen Diabetes-Therapien. Doch bislang fehlte es der Forschung an lebensnahen Modellen, um den molekularen Ursachen für die Entstehung von Gefäßkrankheiten und Gefäßschädigungen auf den Grund gehen zu können. Das Problem war, dass sich Erkenntnisse über diabetische Blutgefäßveränderungen, die mithilfe von Tiermodellen gewonnen wurden, nicht ohne Weiteres auf den Menschen übertragen ließen. Hier ist die Stammzellenforschung der letzten Jahre ein großer Segen für die Wissenschaft, denn sie ermöglicht eine deutlich verbesserte Grundlagenforschung.

Aus Stammzellen können Forscher nun im Labor kleine organähnliche Strukturen, sogenannte Organoide, züchten. An ihnen lassen sich sowohl Prozesse der Organentwicklung als auch Krankheitsmechanismen beobachten und entschlüsseln.

 

Vaskuläre Organoide revolutionieren die Grundlagenforschung

Am IMBA gelang die Entwicklung eines Organoid-Systems für Blutgefäße. Die als vaskuläre Organoide bezeichneten Modelle werden per Tissue Engineering im Labor kultiviert. Sie wachsen aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) heran. Das entstandene Gewebe ahmt die Struktur und Funktion der menschlichen Kapillaren nach. Hier können die Wissenschaftler nun die Krankheitsentstehung im Blutgefäßsystem beobachten und nachstellen.

Die schweren Folgen des Diabetes nehmen ihren Anfang an der unscheinbarsten Stelle – nämlich in den Kapillaren und somit den kleinsten Zweigen des Gefäßsystems. Die Kapillaren folgen einem einheitlichen Grundaufbau: Endothelzellen kleiden die winzigen Äderchen aus. Die Pericyten liegen auf der Außenwand und sorgen dafür, dass sich das Blutgefäß zusammenziehen und ausdehnen kann. Die Basalmembran dient als zusätzliches Stützsystem, sodass das Blutgefäß nicht einfach „zusammenklappt“.

In Wien wurde nun mithilfe der aus Stammzellen gezüchteten vaskulären Organoide herausgefunden, dass bei Diabetikern die Basalmembran massiv vergrößert ist. Das sorgt dafür, dass die Sauerstoff- und Nährstoffzufuhr im Blutgefäßgewebe selbst stark eingeschränkt ist. Sowohl die Endothelzellen als auch die Pericyten werden unterversorgt. Bildlich gesprochen drückt die Basalmembran die Kapillare ab und erwürgt sich damit selbst, das Blutgefäß stirbt irgendwann ab.

 

Verdickung der Basalmembran führt zu den Gefäßschäden bei Diabetikern

Die IMBA-Forscher stellten den Diabetes-Prozess in der Petrischale nach, indem sie im Nährmedium für eine Kombination aus hohem Zuckeranteil sowie Entzündungsstoffen sorgten. Darüber hinaus verglichen sie die beobachteten Schäden in der Petrischale mit den tatsächlichen Schäden von Diabetikern. Dafür wurden bei Patienten kleine Biopsien der Blutgefäße vorgenommen. Die in den Organoiden gefundene Verdickung der Basalmembran ähnelt den Gefäßschäden, die in vivo bei den Diabetikern beobachtet werden konnten.

In einem weiteren Schritt wurden nun verschiedene chemische Verbindungen an den Organoiden getestet. Sie sollten die typische, krankheitsbedingte Ausprägung in den künstlichen Blutgefäßen verhindern. Die Wissenschaftler überprüften sowohl aktuell zugelassene Medikamente als auch kleine Moleküle, um die Signalwege zu blockieren. Leider hatten die getesteten Diabetes-Medikamente alle keinen Effekt auf die Veränderungen. Bei den Molekülen gibt es zwei vielversprechende Proteine, die den Signalweg beeinflussen. Notch3 und Dll4 dienen als Regulatoren für die Verdickung der Basalmembran. In den Blutgefäßen von Diabetikern fand sich ebenso eine erhöhte Aktivität von Notch3. Die Hoffnung ist groß, dass sich dieser Signalweg durch ein anderes Molekül entsprechend blockieren lässt und somit ein effektiver Ansatz für die Behandlung von diabetischen Gefäßerkrankungen zur Verfügung stünde.

 

Neue Konzepte zur Behandlung von Schlaganfällen und Herzinfarkten aber auch von Krebs und Demenz in greifbarer Nähe

Doch nicht nur bei Diabetes mit seinen Folgeerkrankungen spielen die Blutgefäße eine wichtige Rolle. Auch das Fortschreiten von Krebs oder der Alzheimer-Erkrankung wird mit vaskulären Problemen in Verbindung gebracht. Die aus Stammzellen entwickelten Blutgefäße ermöglichen es nun der Biomedizin, den Ursachen des breiten Spektrums der Gefäßkrankheiten auf den Grund zu gehen und neue Therapien zu entwickeln. Das sind gute Nachrichten für eine Vielzahl von Betroffenen, denn auch Patienten mit Herzinfarkt, Schlaganfall, der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (PAVK, besser bekannt als „Schaufensterkrankheit“) oder mit der seltenen Erkrankung Hereditäres Angioödem (HEA) können von den mithilfe der vaskulären Organoide gewonnenen Erkenntnissen profitieren.

 

Stammzellen werden unverzichtbare Grundbausteine der Medizin der Zukunft sein

Alle Experten sind sich einig, dass in Zukunft Stammzellen ein wichtiger Baustein der Regenerativen Medizin und personalisierte Therapien der Schlüssel zur Heilung vieler Krankheiten sein werden. Glücklich schätzen können sich dann all jene Menschen, die in der Lage sind, auf ein eigenes Stammzellendepot zurückzugreifen.

Denn auch wenn Mediziner eigene hämatopoetische oder mesenchymale Stammzellen gewinnen bzw. induzierte pluripotente Stammzellen züchten können, hat dieses Zellmaterial einen entscheidenden Nachteil: Diese Stammzellen sind mit dem Patienten gealtert und können daher Schäden aufgrund von Krankheiten, Umwelteinflüssen oder radioaktiver Strahlung aufweisen. Es gibt jedoch mit den neonatalen Stammzellen aus der Nabelschnur von Neugeborenen eine Stammzellenquelle, die jung, vital und hochflexibel ist. Diese Stammzellen lassen sich heute problemlos aufbewahren. Dass die Nabelschnur im Klinikmüll landet, muss als Vergeudung von medizinischen Ressourcen angesehen werden!

 

Verstreicht das enge Zeitfenster nach der Geburt, so sind die wertvollen Stammzellen für immer verloren

Das Zeitfenster zur Aufbewahrung der neonatalen Stammzellen ist kurz. Nur unmittelbar nach der Geburt lässt sich die Nabelschnur punktieren und das an blutbildenden Stammzellen reiche Nabelschnurblut sichern. Auch ein Stück der Nabelschnur kann eingelagert werden. Damit wird das mesenchymale Stammzellen enthaltene Nabelschnurgewebe gesichert. Im Kryotank können die neonatalen Stammzellen Jahrzehnte lang im „Dornröschenschlaf“ schlummern, denn durch das Einfrieren über -180° kalten Stickstoff kommen alle Alterungsprozesse zum Erliegen. Im Bedarfsfall können die Stammzellen aufgetaut werden und bilden eine sehr gute Basis für personalisierte Zelltherapien.

Vita 34 wird daher nicht müde, an alle werdenden Eltern zu appellieren, sich rechtzeitig Gedanken über die vorausschauende Einlagerung von Stammzellen für ihren Nachwuchs zu machen und gemeinsam mit der Familie eine Entscheidung zu treffen. Unsere Produktpalette bietet mit VitaPur, VitaPlus und VitaPlusNabelschnur perfekt zugeschnittene Angebote. Mit den beiden kostenlosen Spendenoptionen VitaMeins&Deins sowie VitaPlusSpende lässt sich die individuelle Vorsorge mit einer guten Tat verbinden: der Nabelschnurblutspende, die einem kranken Menschen bereits heute die Chance auf ein neues Leben bietet.

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