Eine Knochenmarksspende ist oft die letzte Hoffnung für Leukämiekranke. Dies könnte sich in Zukunft ändern. Forscher der ETH Zürich ist es gelungen, eine Art künstliches Knochenmark herzustellen, das auf einem synthetischen 3D-Gerüst basiert, auf das ein Gewebe menschlicher Zellen aufgetragen wird. Das künstliche Knochenmark erlaubt es Blutstammzellen, funktionsfähig zu bleiben und sich zu vermehren.


Im Knochenmark werden Tag für Tag mehrere Milliarden neuer Blutzellen gebildet. Dieser stete Fluss wird durch Blutstammzellen gewährleistet, die sich vermehren und zu verschiedenen Blutzellen heranreifen können. Bei Leukämiekranken ist genau dieser Prozess gestört, was lebensbedrohlich sein kann. Oft ist dann die einzige Lösung, das Knochenmark mit einer Bestrahlung und Chemotherapie komplett zu zerstören und anschließend eine Knochenmarktransplantation durchzuführen. Dazu wird jedoch eine Knochenmarksspende benötigt. Im Vergleich zu einer Blut- oder auch zu einer Organspende ist es beim Knochenmark jedoch deutlich schwieriger, einen übereinstimmenden Spender zu finden.


Aus diesem Grund versuchen Forscher schon seit Jahren, Knochenmark im Labor zu erzeugen. Diese Versuche sind bislang aber nur von wenig Erfolg gekrönt gewesen, da die Blutstammzellen in In-vitro-Modellen in der Regel die Fähigkeit verlieren, sich zu vermehren.

Künstliche Knochenmarksnische

Einem Team rund um Paul Bourgine von der ETH Zürich gelang es aber nun, eine Art künstliche Knochenmarksnische zu entwickeln, in der sich Blutstammzellen sowie deren Vorläufer mehrere Tage lang vermehren konnten. Als Stütze für die Entwicklung diente eine knochenmarksähnliche 3D-Struktur aus Keramik, die in einem 3D-Drucker gefertigt wurde. Anschließend kam das Gerüst in einen Bioreaktor, wo es zusammen mit menschlichen Bindegewebs- und Knochenzellen kultiviert wurde. „Das resultierende Gewebe zeigt funktionelle und strukturelle Merkmale des menschlichen Knochenmarks und kann dadurch Blutstammzellen beherbergen„, so die Forscher.

Als die künstliche Knochenmarksnische fertig war, fügten die Forscher hämatopoetische Stamm- und Vorläuferzellen hinzu, die sich in ihrer neuen Umgebung ansiedelten und sich sowohl vermehren als auch zu Blutzellen heranreifen konnten. „Dies war verknüpft mit einer Kompartimentalisierung der Zelltypen im Bioreaktor: Die fertigen Blutzellen wurden in die Flüssigkeit entlassen, während die Blutstammzellen vorwiegend in dem künstlichen Knochenmarksgewebe siedelten und dort mit dem Bindegewebe wechselwirkten„, erklärten die Wissenschaftler weiter. Im Ergebnis verhielten sich die Zellen im Bioreaktor ähnlich wie in echtem Knochenmark.

Ersatz für Knochenmarksspenden?

Die Entwicklung der Forscher aus Zürich könnte große Kreise ziehen. Nun gilt es, aus der Entdeckung eine Plattform für die Entwicklung von Therapien gegen Blutkrebs zu entwickeln. Theoretisch könnte mit Hilfe des künstlichen Knochenmarks getestet werden, ob ein Medikament bei einem bestimmten Patienten oder einem Krebstyp Wirkung zeigt. Langfristig könnte das künstliche Knochenmark sogar als Ersatz für Knochenmarksspenden fungieren. Bis dahin liegt aber noch viel Arbeit vor den Forschern.

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