Bioreaktor soll Stammzellen für Therapien bringen

Es ist ein wahres Desaster. Jede Sekunde sterben in einem Erwachsenen mehrere Millionen Zellen. Ersetzt werden sie durch sogenannte adulte Stammzellen in einem natürlichen Prozess. „Hautstammzellen sorgen dafür, dass neue Haut gebildet wird. Stammzellen im Muskelgewebe bilden neue Muskelfasern. Und Blutstammzellen produzieren ständig neue Blutzellen, “ sagt Professor Frank Edenhofer. Stammzellen gelten deswegen als die wahren Alleskönner unter den Zellen.

Doch nicht alle Gewebe erneuern sich gleich gut. So sterben bei Parkinson-Patienten spezielle Nervenzellen ab – für Ersatz kann der kranke Körper allerdings nicht sorgen. Zwar ist der genaue Auslöser der Parkinson-Krankheit unbekannt, doch die Forscher kennen die betroffenen Zellen genau. „Da wir wissen, um welchen Zelltyp es sich handelt, arbeiten wir daran, diese abgestorbenen Nervenzellen durch gesunde ersetzen zu können.“

Arbeit eines Nobelpreisträgers weiterentwickelt

Nicht nur in Würzburg steht die Stammzellenforschung im Fokus. Vor einigen Jahren erst erhielt der Japaner Shinya Yamanka gemeinsam mit John B. Gurdon den Nobelpreis, weil es ihm gelungen war, gewöhnliche Körperzellen in Stammzellen umzuwandeln. Dabei entstanden Stammzellen, die ähnliche Eigenschaften wie embryonale Stammzellen besitzen.

Edenhofer ist es gelungen, das Erbe von Yamanka weiterzuentwickeln: Er hat den Umwandlungsvorgang so verändert, dass dabei multipotente adulte Stammzellen herauskommen – das sind Zellen, die ausschließlich Zellen ihres jeweiligen Zellsystems erzeugen können, also beispielsweise nur Blutzellen. „Genau diese Zellen sind wichtig, da sie direkt für die Regeneration im Körper zuständig sind. Damit können wir gezielt forschen und vielleicht sogar Therapieansätze entwickeln.“

Stammzellen aus Embryonen, die aus ethischen Aspekten ohnehin umstritten sind, haben damit in der Wissenschaft vielleicht bald ausgedient. Edenhofer ist zuversichtlich, dass man mit den neuen Ansätzen viele Krankheiten besser verstehen und einige auch heilen kann: „Die bisherigen Versuche sind vielversprechend.“

Ziel: Gesunde Zellen aus dem Bioreaktor

Gemeinsam mit dem Pharmaunternehmen Merck Millipore SAS erforscht Edenhofer, wie sich hochwertige Stammzellen im Labor im großen Maßstab züchten lassen. Diese Forschungsrichtung sei in der Pharmaindustrie mittlerweile weit verbreitet: „Mehr als die Hälfte der großen Pharmaunternehmen arbeitet mit Stammzellen“, schätzt Edenhofer.

Krankes Gewebe durch gesundes aus dem Reagenzglas austauschen – diese Zukunftsvision verfolgt auch Edenhofer. Wie Stammzellen zur Heilung eingesetzt werden können? Aus Hautproben von Parkinson-Patienten könnten in einer Zellkultur mittels Zell-Reprogrammierung gesunde Stammzellen wachsen, die dann in den Patienten transplantiert werden. Mit den gewonnenen Stammzellen könnten aber auch Medikamente entwickelt werden. Dafür allerdings wären Millionen von Stammzellen in bester Qualität notwendig.

Um genug Stammzellen für solche Zwecke zu bekommen, entwickeln die Würzburger Wissenschaftler gemeinsam mit ihrem Industriepartner den Bioreaktor CellReady weiter. Ein Prototyp des bis zu drei Liter fassenden und rund 30 Zentimeter hohen Reaktors steht im Labor am Würzburger Lehrstuhl für Anatomie und Zellbiologie. In dem Reaktor kontrolliert hochmoderne Technologie ständig viele Faktoren wie Luftzufuhr oder pH-Wert, damit die Stammzellen darin so gut wie möglich wachsen.

Weiter Weg zu ersten klinischen Studien

„Die bisherigen Versuchsdurchläufe mit unserem Bioreaktor waren sehr erfolgreich“, sagt Edenhofer. „Für uns lohnt sich die Zusammenarbeit in jeder Hinsicht: Wir profitieren von der langjährigen Erfahrung in der standardisierten Kultivierung von Zellen für klinische Anwendungen, über die Merck verfügt. Und der Pharmakonzern kann von unserer wissenschaftlichen Expertise mit reprogrammierten Stammzellen lernen.“

Bis die Forscher jedoch erste klinische Studien mit Patienten durchführen können, müssen sie noch viele Herausforderungen meistern. Trotzdem ist sich Edenhofer sicher: In Stammzellen steckt der Schlüssel zur Heilung vieler Krankheiten.

Kontakt

Prof. Dr. Frank Edenhofer, Lehrstuhl für Anatomie und Zellbiologie der Universität Würzburg, +49 931 31-88113, frank.edenhofer@uni-wuerzburg.de