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Forscher der Göttinger Uni-Klinik entwickeln frische Muskelzellen im Labor

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Von: Thomas Kopietz

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Die Universitätsmedizin Göttingen aus der Luft.
Forschenden der Universität Göttingen ist es gelungen, aus menschlichen Stammzellen Skelettmuskulatur zu entwickeln. © Michael Mehle/UMG

Forscher der Universitätsmedizin Göttingen testen Medikamente an gezüchteten menschlichen Skelettmuskeln.

Göttingen – Menschliche Skelettmuskeln im Labor züchten und zur Erforschung und Behandlung von Muskelkrankheiten einsetzen – ein Zukunftsszenario? Nein. Forschenden der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) ist das gelungen.

Sie haben im Labor aus menschlichen Stammzellen Skelettmuskeln zur Medikamentenprüfung entwickelt, die künftig Tierversuche bei der Medikamentenerprobung reduzieren und zur Heilung bisher kaum oder gar nicht therapierbarer Muskelkrankheiten mit fortschreitenden schweren Verläufen beitragen können.

Menschliche Muskelzellen aus dem Labor: Forschenden der Uni-Klinik Göttingen ist das nun gelungen

Mit den gezüchteten Skelettmuskeln lässt sich einiges simulieren, was zuvor nicht möglich war: So die normale menschliche Muskelentwicklung, die natürlichen Vorgänge zur Erholung des Muskels, also die Muskelregeneration sowie natürlich Krankheitsprozesse wie bei der gravierenden Muskelerkrankung „Duchenne Muskeldystrophie“, mit der Betroffene oft früh sterben.

Leiter UMG-Arbeitsgruppe Modellierung von Muskelerkrankungen, Dr. Malte Tiburcy.
Leiter UMG-Arbeitsgruppe Modellierung von Muskelerkrankungen, Dr. Malte Tiburcy. © nh

Die Forschenden können nun mit den im Labor erzeugten Skelettmuskeln Muskelkrankheiten modellieren, also so gut nachbilden, dass sie zur Prüfung von Medikamenten und deren Wirksamkeit geeignet sind.

Im Blick haben die Forscher dabei besonders bisher kaum oder nicht zu behandelnde Muskelkrankheiten, wie Dr. Mina Shahriyari vom UMG-Institut für Pharmakologie und Toxikologie sagt, die die Studie für ihre Doktorarbeit bearbeitete. Beteiligt waren auch die UMG-Klinik für Neurologie und das Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE).

Menschliche Muskelzellen dienen auch zur Prüfung von Medikamenten

Grundlage der Technologie, die die Göttinger Forschenden anwenden, sind induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen), die aus Stammzellen von Patienten mit Muskelerkrankungen im Labor künstlich erzeugt werden. Dafür ist nur eine Blutentnahme oder Hautbiopsie nötig.

Diese aus den Stammzellen hergestellten Muskeln bilden auch in der Kulturschale im Labor eine Muskelerkrankung aus, wie die Forscher beispielhaft für die Duchenne Muskeldystrophie nachwiesen. Mehr noch: Sie zeigten auch, dass eine experimentelle Therapie durch die Genschere CRISPR die Muskelschwäche verringern kann.

Medikamente direkt an hergestellter menschlicher Muskulatur zu testen, wird auch die Notwendigkeit für Tierversuche weiter reduzieren.

Prof. Hubertus Zimmermann, UMG-Direktor Pharmakologie

Ganz neu ist auch die Möglichkeit mit Hilfe der gezüchteten Skelettmuskelzellen auch die Regeneration von Muskelzellen in der Laborschale zu erforschen und für mögliche Therapien zu nutzen.

Erstautorin: Dr. Mina Shahriyari, UMG-Institut für Pharmakologie und Toxikologie.
Erstautorin: Dr. Mina Shahriyari, UMG-Institut für Pharmakologie und Toxikologie. © Privat/nh

„Wir haben damit die Grundlage, um die Muskelheilung nach großen Verletzungen, wie nach Unfällen, gezielt zu fördern“, sagt Dr. Malte Tiburcy, Leiter der Arbeitsgruppe „Modellierung von Muskelerkrankungen“ im Institut für Pharmakologie und Toxikologie der UMG und Letzt-Autor der Publikation.

Dafür sorgen Muskelstammzellen in den hergestellten Muskeln, die nach Zerstörung der Muskulatur den Muskel vergleichbar wie im Menschen neu aufbauen können.

Muskelstammzellen konnten bislang nur aus Muskelbiopsien, also von direkt aus dem Muskelgewebe entnommenen Proben, isoliert werden. Diese verlieren jedoch in der Laborschale schnell ihre Stammzelleigenschaften, sind nur sehr eingeschränkt für die Muskelherstellung und Medikamententests genutzt werden.

Entwicklung menschlicher Muskelzellen im Labor reduziert Tierversuche

Das ist bei den nun aus iPS-Zellen hergestellten Skelettmuskeln anders. In Kombination mit Methoden des Tissue Engineering (Gewebezüchtung) lässt sich die embryonale Muskelentwicklung von der Zelle bis zum Gewebe nachahmen.

Was mittels dieser im Labor hergestellten Skelettmuskelzellen alles möglich ist, fasst der Direktor des UMG-Instituts für Pharmakologie und Toxikologie, Prof. Hubertus Zimmermann zusammen: „Medikamente direkt an menschlicher Muskulatur zu testen, kann die Entwicklung neuer Therapien beschleunigen.

Sie wird aber auch die Notwendigkeit für Tierversuche in Zukunft weiter reduzieren, sondern wird auch die Notwendigkeit für Tierversuche in Zukunft weiter reduzieren.“ Und das wird auch die Tierschützer erfreuen. (Thomas Kopietz)

Stichwort: Muskeldystrophie

Die Duchenne Muskeldystrophie (DMD) ist eine fortschreitende Muskelerkrankung. Die Muskelschwäche tritt bereits im Kindesalter auf und schreitet rasch voran. Die Patienten können oft schnell nicht mehr gehen, sitzen im Rollstuhl, haben Atemprobleme und sterben im frühen Erwachsenenalter.

Aktuelle Therapien können den Verlauf mildern, bringen aber keine Heilung. Über die im UMG-Institut für Pharmakologie und Toxikologie entwickelten Herz- und Skelettmuskelmodelle aus Stammzellen sollen Präzisionstherapeutika für die Behandlung schwerer Muskelerkrankungen entstehen. (tko)

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