A17: Die Chimärismusentwicklung in verschiedenen Geweben nach Transplantation von Prominin-1/CD133 positiven hämatopoietischen Stammzellen bei Maus und Mensch

Projektleitung: Prof. Dr. G. Ehninger

Das Dresdner Zentrum für Knochenmark- und Stammzelltransplantation an der Medizinischen Klinik und Poliklinik I des Universitätsklinikums Dresden besteht seit mehr als zehn Jahren. Heute gehört es zu den größten in Europa.
Erfahrungen mit Stammzell-Transplantationen bei Leukämie und andere Erkrankungen des Blut bildenden Systems gibt es seit mehr als dreißig Jahren. Durch Blutstammzell-Transplantation werden heute viele Patienten geheilt, für die es noch vor Jahren keine Rettung gab.
Mit den klinischen Erfolgen stellt sich die Aufgabe, die Zellbiologie der Blut bildenden (hämatopoetischen) Stammzelle (HSC) noch besser zu verstehen.

HSC dargestellt im Elektronenmikroskop

Insbesondere die Frage nach der Fähigkeit der Plastizität, also der Umwandlung in andere Zell-Linien ist von erheblicher therapeutischer Bedeutung. Tatsächlich sind viele Details der Zellteilung, der Ausdifferenzierung und der Fähigkeit der Plastizität dieser Stammzellen noch unbekannt. Somit besteht in diesem Bereich ein erheblicher Bedarf an wissenschaftlichem Erkenntnisgewinn. Die Arbeitsgruppe A17 des SFB möchte hierzu einen Beitrag leisten.
Ziel unserer Arbeiten ist es, die physiologischen Mechanismen der Blutstammzelle besser zu verstehen, um die Zellen für Therapien noch besser einsetzen zu können.
Wir wissen, dass die Hämatopoese (Blutbildung) im Knochenmark ein sehr dynamisches, regeneratives System ist. Zu jeder Zeit werden durch die Proliferation und Differenzierung hämatopoetischer Stammzellen neue rote und weiße Blutzellen sowie Blutplättchen gebildet. Damit die Blutbildung ein Leben lang funktioniert, müssen die Blutstammzellen auch die Fähigkeit besitzen, sich selbst zu erneuern. Die entsprechenden Stammzellen befinden sich nicht nur im Knochenmark, sondern auch im peripheren Blut (nach einer sog. Stammzell-Mobilisierung) und im Nabelschnurblut.
Bis heute ist eine Blutstammzellvermehrung außerhalb des Knochenmark im Labor nicht ausreichend gelungen.

Kolonienwachstum

In den letzten Jahren ist deutlich geworden, dass für die Selbsterneuerung der Blutstammzelle das umgebende Milieu von großer Bedeutung ist. Die hämatopoetische Stammzelle steht in engem Kontakt mit anderen Zellen im Knochenmark. Über Botenstoffe und direkten Zellkontakt findet eine intensive Kommunikation zwischen den Zellen statt. Diese komplexe Interaktion der Zellen gilt es zu verstehen, um Blutstammzelle auch außerhalb des Körpers (in vitro) vermehren zu können.
Von besonderer Bedeutung hierfür scheinen die mesenchymalen Stromazellen (MSC) im Knochenmark zu sein. Sie unterstützen die Expansion von hämatopoetischen Stammzellen in vitro und fördern die Bildung der roten und weißen Blutkörperchen in der sog. Stammzell-Nische.
Über ein Marker-Molekül namens Prominin reichern wir hämatopoetische Stammzellen aus dem Blut des Menschen an und kultivieren diese in Ko-Kulturen mit den MSC. Wir konnten bisher zeigen, dass vor allem jene Blutstammzellen, die in direktem Zellkontakt mit den MSC stehen, eine höhere Wachstumsrate aufweisen und in Funktionstests eine deutlich höhere Wanderungsfähigkeit besitzen. In Mausmodellen wird nun untersucht, ob diese Fähigkeiten der Zellen auch im lebenden Organismus gelten. Weiterhin wird untersucht, ob die in Kulturen vermehrten Blutstammzellen im Mausmodell fähig sind, im geschädigten Gewebe regenerative Kräfte zu entfalten. Hierbei wollen wir insbesondere das zentrale Nervensystem untersuchen.