Aus neuralen Stammzellen des peripheren Nervensystems entstehen keine Zellen für Gehirn und Rückenmark und aus Stammzellen des zentralen Nervensystems lassen sich keine Zellen für das periphere System züchten – normalerweise. Doch genau dies ist jetzt Max-Planck-Forschern gelungen. Genauer gesagt: Sie haben aus neuralen Stammzellen des peripheren Nervensystems Zellen des zentralen Nervensystems gewonnen.
Werden die peripheren Stammzellen unter bestimmten Wachstumsbedingungen gehalten, entstehen daraus so genannte Oligodendrozyten, die im Gehirn die so genannte Myelinschicht um Nervenzellen ausbilden, schreiben die Wissenschaftler der Max-Planck-Institute für Hirnforschung in Frankfurt und für Immunbiologie und Epigenetik im „Journal of Neuroscience“.
Säugetiere mit komplexem Nervensystem
Das Nervensystem der Säugetiere besteht aus dem zentralen – Gehirn, Rückenmark – und dem peripheren Nervensystem (beispielsweise sensorische Ganglien). Die beiden Systeme sind zwar eng miteinander gekoppelt, unterscheiden sich jedoch anatomisch und bestehen aus verschiedenartigen Zellen. Die Zelltypen des peripheren Nervensystems stammen von Vorläuferzellen aus der Neuralleiste im Embryo ab.
Bislang waren Forscher der Ansicht, dass diese Neuralleisten-Stammzellen zwar die Nerven- und Stützzellen – die so genannten Gliazellen – des peripheren Nervensystems hervorbringen können, nicht jedoch Zellen des zentralen Nervensystems.
Umgebungsbedingungen entscheidend
Offenbar bestimmen aber die Umgebungsbedingungen, in welche Zelltypen sich die Neuralleisten-Stammzellen entwickeln. Die Freiburger und Frankfurter Wissenschaftler haben in ihrer neuen Studie zusammen mit Kollegen aus Paris gezeigt, dass diese Stammzellen unter veränderten Bedingungen auch Zellen des zentralen Nervensystems hervorbringen können.
Dazu setzten sie Stammzellen aus dem peripheren Nervensystem embryonaler und weniger Tage alter Mäuse unterschiedlichen Kulturbedingungen aus. Ergebnis: Aus den Neuralleisten-Stammzellen wurden neben Nervenzellen auch verschiedene Typen von Gliazellen des zentralen Nervensystems wie Oligodendrozyten und Astrozyten.
Kulturmedium programmiert Stammzellen um
„Das Kulturmedium programmiert also die Neuralleisten-Stammzellen so um, dass sie ihre Identität verändern. Dies funktioniert, auch ohne dass wir die Zellen genetisch verändern“, erklärt Hermann Rohrer vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung.
Faktoren in dem Kulturmedium aktivieren offenbar ein anderes genetisches Programm, so dass aus den Stammzellen andere Zelltypen entstehen. Welche Faktoren das sind, wissen die Forscher noch nicht genau. Es deutet jedoch einiges darauf hin, dass der Wachstumsfaktor FGF – fibroblast growth factor – an der Umwandlung beteiligt ist.
Experimente mit genetisch veränderten Mäusen
Im Gehirn von Mäusen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien entwickelten sich die umprogrammierten Stammzellen den Wissenschaftlern zufolge vor allem zu Oligodendrozyten weiter – Gliazellen, die die Myelinschicht um die Neurone des zentralen Nervensystems bilden und deshalb für die Reizweiterleitung unverzichtbar sind.
Transplantationsexperimente der Forscher an genetisch veränderten Mäusen ohne Myelin belegen, dass auch die neuen Oligodendrozyten diese Aufgabe übernehmen. „Die umprogrammierten Stammzellen können dauerhaft Zellen für das zentrale Nervensystem bilden, und die neuen Zellen können dort integriert werden“, sagt Verdon Taylor vom Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik.
Bald neue Zelltherapie?
Ob diese Ergebnisse aus der Grundlagenforschung zur Entwicklung einer Zelltherapie beim Menschen beitragen können, ist noch unklar. Denn dazu müssten Stammzellen im peripheren Nervensystem erwachsener Menschen vorhanden und zugänglich sein sowie in Kultur vermehrt und umprogrammiert werden können.
„Zum jetzigen Zeitpunkt wissen wir aber nur, dass diese Stammzellen bei Mäusen das Potenzial haben, auch Oligodendrozyten hervorzubringen“, sagt Rohrer. Als nächstes wollen die Wissenschaftler genauer untersuchen, welche molekularen Mechanismen für die Umprogrammierung verantwortlich sind, ob Neuralleisten-Stammzellen auch im peripheren Nervensystem ausgewachsener Mäuse vorhanden sind und unter welchen Bedingungen diese umprogrammiert werden können. (Journal of Neuroscience, 2011; doi:10.1523/JNEUROSCI.0129-11.2011)
(MPG, 06.05.2011 – DLO)
