05. 02. 2025
Verfasst von: Dominik Egger

Stammzellen – Multitalente aus dem Bioreaktor

Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme eines kugelförmigen Zellhaufens mit leuchtenden Markierungen — Mesenchymale Stammzellen haben ein großes Potenzial für therapeutische Anwendungen. Die multipotenten Vorläufer verschiedener Zelltypen lassen sich aus Knochenmark, Muskeln oder Fettgewebe isolieren. Hier ist eine Ansammlung von Fettzellen unter dem Fluoreszenzmikroskop zu sehen (blau: Zellkerne, rot: eingelagertes Fett).

Ein außerordentliches Potenzial für therapeutische Anwendungen im Bereich der regenerativen Medizin haben mesenchymale Stammzellen. Daher entwickelt eine Forschungsgruppe der Leibniz Universität Hannover innovative Methoden, um Stammzellen unter definierten physiologischen Bedingungen in maßgeschneiderten Bioreaktoren herzustellen. Sie untersucht die Isolation von Stammzellen sowie die anschließende Herstellung von 3D-Mikrogeweben, welche in der Wirkstofftestung oder Erforschung von Stoffwechselerkrankungen eingesetzt werden können.

Isolierung, Biofabrikation und Wirkstofftestung

Mesenchymale Stammzellen sind multipotente Vorläufer verschiedener Zelltypen wie Knochen-, Muskel-, oder Fettzellen. Sie lassen sich unter anderem aus Knochenmark, Muskeln oder Fettgewebe isolieren. Diese heterogene Population von Zellen kann zum Beispiel zur Regeneration von beschädigtem Gewebe beitragen, aber auch für die Regulation des Immunsystems genutzt werden. Auch der Einfluss von Schwangerschaftsdiabetes auf die spätere Kindesentwicklung lässt sich mithilfe mesenchymaler Stammzellen untersuchen. Die Abteilung Biofabrikation für Wirkstofftestung der Universität Hannover erforscht innovative Zellkulturtechnologien, um relevante Stammzell-Modelle herzustellen und Wirkstoffe zu testen.

Die Grafik stellt menschliche Stammzellen und Zellkulturen dar, aus denen Knorpel-, Fett- und Knochengewebe entstehen, die im Labor weiterverwendet werden. — Bei der innovativen Zellkulturtechnologie werden die Zellen in einer natürlichen, körperähnlichen Umgebung kultiviert – von der Isolation (1) über die Vermehrung bis zu der Produktion von Stammzellen und Stammzellprodukten (2), der finalen Differenzierung (3) oder der anschließenden Wirkstofftestung (4).

Zellkultur mit körperähnlichen Bedingungen

Ziel ist es, die Zellen zu jedem Zeitpunkt der Kultur in einer möglichst natürlichen, körperähnlichen Umgebung zu kultivieren – von der Isolation über die Vermehrung bis zur Produktion von Stammzellen und Stammzellprodukten, der finalen Zelldifferenzierung oder der anschließenden Wirkstofftestung. Die Forscherinnen und Forscher entwickeln 3D-Zellkulturtechnologien und Bioreaktorsysteme mit einer sauerstoffreduzierten Umgebung, um physiologische Bedingungen zu gewährleisten. Dadurch verhalten sich Zellen eher wie im menschlichen Körper und machen Forschungsergebnisse aussagekräftiger und klinisch relevanter. Dem Team ist es bereits gelungen, Stammzellen aus Fettgewebe direkt in einem formähnlichen Hydrogel zu isolieren.

Zwei mikroskopische Bilder und schematische Grafiken veranschaulichen die Isolation von Stammzellen aus Fettgewebe. — Mit einer neuen Methode werden Stammzellen aus einem natürlichen Gewebe direkt in eine strukturähnliche 3D-Umgebung übertragen. So wurde bereits ein System etabliert, das Stammzellen aus Fettgewebe in einem Hydrogel isoliert.

Therapeutisches Potenzial verbessern

Außerdem verbessern physiologische Zellkulturbedingungen das therapeutische Potenzial von Stammzellen und ihren Produkten. So haben extrazelluläre Vesikel (EVs), welche von Stammzellen sekretiert werden, therapeutische Effekte. In maßgeschneiderten Bioreaktoren hat das Forschungsteam in einem aktuellen Kooperationsprojekt mit der Donauuniversität Krems und der Universität für Bodenkultur Wien zum Beispiel Stammzell-EVs mit einer höheren Reinheit und in höherer Konzentration als in herkömmlichen Kulturen hergestellt.