Nabelschnurblut wird bei etwa -200 Grad Celsius kältekonserviert. Die darin enthaltenen Stammzellen bestehen zu einem großen Teil aus Wasser, welches sich bei diesen Temperaturen stark ausdehnt. Die Eiskristalle, die durch diesen Prozess entstehen, können die Zellen zerstören. Auf Grund dessen verwendet man bei der Einlagerung von Stammzellen ein Frostschutzmittel, z.B. Dimethylsulfoxid (DMSO). DMSO kann ungehindert in die Zellen eindringen und sie so vor den Eiskristallen schützen, wirkt jedoch bei einer Verabreichung leicht toxisch. Vor einer Anwendung wird  Nabelschnurblut daher gerade bei sehr jungen Patienten “gewaschen”, wodurch die Konzentration des DMSO abgesenkt wird.

Natürliche Frostschutzproteine wären eine gute Alternative, da sie keine toxische Wirkung entfalten würden. Frostresistente Pflanzen, Fische und Insekten bilden solche Proteine, um den kalten Winter zu überleben. Die Proteine heften sich an die Wassermoleküle, so dass keine Eiskristalle entstehen können und die Organismen vor Frost und Kälte geschützt sind.

Im Rahmen des Forschungsprojektes versuchen nun das Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI) die BioPlanta GmbH und Vita 34 aus Leipzig sowie das Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie in Halle diese Frostschutzproteine zu isolieren. Später sollen diese anstelle der DMSO-Lösung  in speziell für die Forschung bereitgestellte Proben des Nabelschnurblutes gegeben und eingefroren werden. Sollten die Zellen die Kältekonservierung unbeschadet überstehen, wäre das ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einer natürlichen, der Natur nachempfundenen Konservierungsmethode. Erste Ergebnisse können in etwa einem Jahr erwartet werden.

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Prof. Wobus beschäftigt sich seit fast 30 Jahren mit den außergewöhnlichen Eigenschaften von Stammzellen, ihrer Vermehrungsfähigkeit und ihrer hohen Entwicklungsfähigkeit. Im Interview mit nabelschnurblut-experten.de sprach sie sich daher auch für eine Langzeitaufbewahrung von Nabelschnurblut aus: ”Bei Stammzellen aus dem Nabelschnurblut handelt es sich um Stammzellen mit einer relativ hohen Plastizität im Vergleich zu anderen adulten Stammzellquellen. Die Stammzellen können leicht isoliert und rein gewonnen werden. Sowohl die allgemeine Einlagerung in öffentliche Stammzellbanken als auch die individualisierte Einlagerung von Nabelschnurblut sind deshalb zu begrüßen”, so Wobus.

Das Translationszentrum für Regenerative Medizin (TRM) wurde im Oktober 2006 an der Universität Leipzig gegründet. Ziel ist es, exzellent qualifizierte und translationsorientierte Experten und Expertinnen im Bereich der regenerativen Medizin auszubilden. Dabei sollen neue diagnostische und therapeutische Konzepte, z.B. mit Nabelschnurblut, entwickelt und diese effektiv in die klinische Anwendung übertragen werden. Mit seiner neuen Vortragsreihe “FIRM – Frauen in der regenerativen Medizin” möchte das TRM renommierten Wissenschaftlerinnen und engagierten Nachwuchswissenschaftlerinnen ein Podium geben, auf dem neben wissenschaftlichen Ergebnissen der regenerativen Medizin und Stammzellforschung auch über Karrierewege in der Wissenschaft diskutiert wird.

Wie nahe ist die Forschung diesem Ziel bisher gekommen?

Das ist sehr schwer zu sagen, denn es werden immer zwei Schritte unternommen: Man arbeitet mit humanen Zellen und stellt das Konstrukt in vitro (Anm. d. Red.: im Labor) her. Wenn es dann gut aussieht, bedeutet das noch lange nicht, dass es beim Einsatz im Menschen auch so ist. Wir haben jetzt Klappen hergestellt, die im Labor gut arbeiten, die also den Druckbelastungen standhalten und deren Zellen eine funktionelle Einheit bilden. Dennoch wissen wir nicht, was passieren würde, wenn diese Herzklappen tatsächlich einem Patienten implantiert würden. Im zweiten Schritt wird daher ein Tierexperiment durchgeführt. Das genaue Konzept der Klappe wird also auf tierische Zellen übertragen. Aus diesen wird in gleicher Weise ein Konstrukt hergestellt und dem Tier eingesetzt. Selbst wenn es dann gut funktioniert, bedeutet dies keine hundertprozentige Garantie dafür, dass es auch beim Menschen so ist. Bevor man aber einem Kind eine Herzklappe implantiert, muss man sich dessen so weit wie möglich sicher sein.

Wie kann man sich die Herstellung der Prothesen konkret vorstellen? Wie werden die Zellen gewonnen, die dafür verwendet werden, und was wird mit ihnen gemacht?

Zunächst einmal wird bei allen Schwangeren ein pränataler Ultraschall durchgeführt, so kann der angeborene Herzfehler diagnostiziert werden. Zumindest bei einem Großteil der Kinder, die mit einem solchen Fehler geboren werden, weiß man dieses somit schon vor der Geburt. Das ermöglicht es, den Fehler zu charakterisieren und seine Art und Ausprägung festzustellen. Bei der Geburt werden dann gezielt Zellen entnommen, die für das Tissue Engineering einer Herzklappe verwendet werden können. Diese können aus dem Nabelschnurblut oder den Gefäßzellen aus der Nabelschnur stammen. Die Zellen werden dann differenziert, um mehr davon zu gewinnen. Wenn genügend vorhanden sind, werden sie eingefroren – bis zu dem Zeitpunkt, zu dem sie gebraucht werden, um die künstliche Herzklappe herzustellen. Dazu werden die Zellen im Labor aufgetaut und auf ein resorbierbares Gerüst aus einem Polymer besiedelt. Danach wird das Konstrukt in einen sogenannten Bioreaktor gebracht. Dabei handelt es sich um ein abgeschlossenes System, in dem die Zellen Fluss und Druck ausgesetzt sind. Darin entwickeln sie ein richtiges Gewebe mitsamt extrazellulärer Matrix aus Collagen (Anm. d. Red.: die extrazelluläre Matrix ist eine Gerüstsubstanz, die zwischen den Zellen für deren Stabilität sorgt). Auf diesem Wege wachsen die Zellen zu einer richtigen Herzklappe heran, die über alles verfügt, was ein Gewebe ausmacht – also aus Zellen und der extrazellulären Matrix. Und dieses biologische Konstrukt wird schließlich implantiert – nämlich dem Kind, das den angeborenen Herzfehler hat und dessen Zellmaterial verwendet wurde. Das Modell ist also autolog (Anm. d. Red.: das heißt, es werden eigene Zellen des Patienten verwendet) wodurch mögliche Abstoßungsreaktionen verhindert werden können.

Wie lange würde es vom Auftauprozess bis zur fertigen Herzklappe ungefähr dauern?

Schätzungsweise dürften es vier bis sechs Wochen sein. Es kommt darauf an, wie schnell die Zellen anwachsen und wie sich das Konstrukt insgesamt entwickelt.

Warum ist die Vervielfältigung von Zellen von so großem Interesse?

Für uns steht der Einsatz solcher Zellen in der Wirkstoffentwicklung im Mittelpunkt ebenso wie die Grundlagenforschung. Nun könnte man argumentieren, dass Körperzellen aus Menschen sich besser eignen würden. Doch das ist leider so nicht ganz richtig – da gibt es ein technisches Problem. Primäre Körperzellen (Anm. d. Red.: Zellen, die direkt aus einem lebenden Organismus gewonnen werden) haben ein begrenztes Wachstumspotenzial. Sie können sich nur eine bestimmte Zeit lang vermehren - die Zahl der Teilungen hängt vom Zelltyp ab. Damit ist die Materialverfügbarkeit limitiert und die damit verbundene, ständige Gewinnung dieser Zellen ist aufwendig und schwierig. Dann, so könnte man meinen, wären Zelllinien ein gute Alternative. Sie teilen sich durch ständig aktive Expressionsgene nahezu unendlich und werden deshalb oft und gerne in der Zellkultur verwendet. Jedoch spiegeln diese Zellen die Situation im Körper nicht genau wider, das können eben nur Primäre Zellen. Deshalb ist es wichtig, diese zu vermehren, um mit ihnen Forschung zu betreiben.

Lässt sich diese Art der Vermehrung auch auf Stammzellen aus Nabelschnurblut anwenden?

Ja – das ist komplett flexibel und für jede Zellart machbar. Es hängt nun davon ab, wer in dieses System investieren möchte, und es ist eine gewisse Zeit nötig, um die Technik dem Zelltyp anzupassen. Wir haben derzeit einen anderen Fokus – den der Wirkstoffentwicklung – weshalb wir die Vermehrung von Nabelschnurblut-Stammzellen nicht praktizieren.

Was halten Sie persönlich von der Konservierung von Nabelschnurblut? Sei es nun zum Zwecke der Forschung oder der Gesundheitsvorsorge.

Ich finde, es ist eine sehr sinnvolle Sache, das Nabelschnurblut aufzubewahren. Denn es ist viel zu kostbar, um es einfach zu entsorgen, und für die Forschung ein unerlässlicher Partner. Die Therapie mit Nabelschnurblut erachte ich es für eine sehr interessante Option. Inwieweit diese erfolgreich sein wird, muss sich aber noch herausstellen.

Ein weiterer Meilenstein in Bezug auf einen auf Stammzellen aus Nabelschnurblut basierenden neuen Therapieansatz ist einem Forscherteam der Klinik und Poliklinik für Herzchirurgie an der Universität Rostock gelungen. Im Rahmen einer Studie wollten die Wissenschaftler um Dr. med. Can Yerebakan untersuchen, wie sich die Stammzelltherapie bei der Fallot’schen Tetralogie, einem schweren angeborenen Herzfehler, auswirkt. In einem weltweit bisher einmaligen Großtierversuch konnte dabei nachgewiesen werden, dass die Transplantation körpereigener Stammzellen aus Nabelschnurblut die Herzfunktion verbessert.

Die Fallot’schen Tetralogie ist unter anderem durch eine Verdickung der Muskulatur der rechten Herzklappe, eine Verengung der Ausflussbahn der rechten Herzkammer und ein Loch in der Kammerscheidewand gekennzeichnet. Folge dessen ist, dass nicht genügend Sauerstoff aufgenommen werden kann. Daher müssen die betroffenen Kinder sich oft bereits im ersten Lebensjahr einer Operation unterziehen. Diese bewirkt jedoch keineswegs, dass die Funktionsfähigkeit der Herzklappe in gleicher Weise gewährleistet werden kann, wie dies bei einem gesunden Kind der Fall ist. Da die Fallot’sche Tetralogie etwa zehn Prozent aller angeborenen Herzerkrankungen ausmacht, ist es Ziel der Forschung, eine effektivere und die kleinen Patienten weniger beeinträchtigende Behandlungsmethode zu entdecken. Das Rostocker Forscherteam ist diesbezüglich auf einem guten Weg.

In dem Experiment wurden Stammzellen aus Nabelschnurblut, die zuvor im Forschungslabor isoliert worden sind, den Schafen direkt in den Herzmuskel injiziert. Bereits nach drei Monaten konnte bei diesen Tieren eine Verbesserung der Herzleistung um 20 Prozent nachgewiesen werden. ”Da wir im Tierversuch keinerlei Nebenwirkungen der Therapie beobachtet haben, könnte man jetzt eine klinische Studie zu diesem Thema konzipieren.”, erklärt der Leiter der Rostocker Forschungsgruppe Dr. med. Can Yerebakan.

Bis dieser neuer Therapieansatz auch in der Humanmedizin zum Einsatz kommt, wird es wohl noch ein paar Jahre dauern. Aufgrund der bisherigen Erkenntnisse auf diesem Gebiet raten die Experten jedoch dazu, Nabelschnurblut auch jetzt schon einlagern zu lassen, insbesondere dann, wenn bei dem Ungeborenen der Verdacht auf einen Herzfehler besteht.