Ein Wissenschaftlerteam hat die Existenz eines Blut bildenden Endothels bewiesen. Damit wird die bislang ungeklärte Frage beantwortet, wie in der Embryonalentwicklung Blutzellen entstehen. Blutzellen können so in Zukunft im Labor zielgerichteter erzeugt werden. Damit leisten die jüngsten Erkenntnisse einen wichtigen Beitrag für zukünftige klinische Therapieansätze, so die Forscher im Wissenschaftsmagazin „Nature“.
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Eine Frage, die Wissenschaftler seit Jahrzehnten beschäftigte, konnte nun gelöst werden: Wie entstehen genau die ersten Blutzellen im Embryo? Dr. Timm Schroeder vom Helmholtz Zentrum München fand zusammen mit seinen Kollegen heraus, dass es eine besondere Art von Endothelzellen gibt, die sich in Blutzellen verwandeln können. Endothelzellen kleiden Blutgefäße von innen aus.
„Der Prozess, bei dem Blutzellen entstehen, ist äußerst schwierig zu untersuchen: Er findet nur für kurze Zeit und im Verborgenen während der Embryonalentwicklung im Mutterleib statt“, sagt Schroeder.
Seltene Endothelzellen entdeckt
Zunächst mussten die Wissenschaftler die technischen Voraussetzungen schaffen, um über einen längeren Zeitraum die Verwandlung von Endothel- in Blutzellen kontinuierlich auf Einzelzellebene beobachten zu können. Schroeder und seine Kollegen entwickelten dazu neue Bioimaging-Verfahren, mit denen das Verhalten vieler einzelner Zellen aufgenommen und beobachtet werden kann.
Sie kombinierten dafür optimierte Mikroskopie-, Inkubations- und Bildaufnahmeverfahren sowie neu entwickelte Computerprogramme zur Einzelzellverfolgung in Zeitrafferfilmen mit komplexen Methoden der Zellreinigung und Zellkultur. So konnten die Wissenschaftler das Verhalten vieler differenzierender, mesodermaler Zellen über einen Zeitraum von bis zu einer Woche beobachten.
Durch sorgfältige Analyse tausender Zellen und deren exprimierter Moleküle konnten Schroeder und die Doktorandin Hanna Eilken einige seltene Endothelzellen finden, die sich in der Tat in Blutzellen verwandelten.
„Im nächsten Schritt werden wir uns auf die Identifikation von Molekülen konzentrieren, die für die Spezifikation von Blutzellen verantwortlich sind“, sagt Schroeder. „Letztlich wollen wir die genauen molekularen Mechanismen verstehen. Die Identifikation des exakten Zelltyps, der Blutzellen hervorbringt, ist eine wichtige Voraussetzung, um zu verstehen, welche Kombination von Molekülen eine Zelle zu einer Blutzelle macht.“
Blutzellen vom Fließband
Neben dem verbesserten Verständnis über die Mechanismen der Blutbildung sind die Ergebnisse der Studie wichtig, um die Herstellung von Blutzellen im Labor für klinische Therapien zu verbessern. Eine mögliche in vitro-Produktion unbegrenzter Mengen an Blutzellen aus embryonalen Stammzellen gilt als viel versprechende Option für neue therapeutische Ansätze.
Allerdings müssen für die zielgerichtete, effiziente und reine Herstellung spezifischer Blutzellen, die auch gefahrlos eingesetzt werden können, die notwendigen Differenzierungsschritte genau verstanden werden. „Unsere Studie hat nun den letzten dieser Schritte geklärt“, so Schroeder abschließend.
Die neue Studie wird ein zentrales Thema auf dem von 2. bis 4. April in München stattfindenden internationalen Fachkongress über molekulare Mechanismen der Blutbildung sein.
(idw – Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, 02.04.2009 – DLO)
