Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben eine bahnbrechende Methode entwickelt, die es ermöglicht, Hautzellen direkt in Nervenzellen umzuwandeln. Dieser neuartige Prozess überspringt die langwierige Phase der Stammzellumwandlung und könnte die Effizienz bei der Herstellung von Neuronen drastisch erhöhen. Erste Versuche mit Mauszellen bringen vielversprechende Ergebnisse hervor, die langfristig die Behandlung von Rückenmarksverletzungen und neurologischen Erkrankungen revolutionieren könnten.

Ein neuer Ansatz für die regenerative Medizin

Die gezielte Umwandlung eines Zelltyps in einen anderen hat das Potenzial, den Bereich der regenerativen Medizin grundlegend zu verändern. Am MIT wurde eine Methode entwickelt, die direkt Hautzellen in funktionierende Neuronen transformiert, ohne den Umweg über induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs). Bisher war dieser Zwischenschritt notwendig, um Körperzellen in Nervenzellen zu überführen, was jedoch einen zeitintensiven und ineffizienten Prozess darstellt.

Die Herausforderung der Umwandlung

Induzierte pluripotente Stammzellen haben zwar die Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu entwickeln, jedoch zeigt die Realität oft, dass viele der umgewandelten Zellen in einem Zwischenstadium gefangen bleiben und sich nicht optimal weiterentwickeln. Katie Galloway, Professorin am MIT, erklärt: „Ein Hauptproblem bei der Reprogrammierung ist, dass Zellen häufig in Zwischenstadien stecken bleiben. Unsere Methode erlaubt es uns, diesen Schritt zu umgehen und direkt von einer Körperzelle zu einem Motoneuron zu gelangen.“

Optimierung der Neuronenproduktion

Um die Hautzellen erfolgreich in Nervenzellen umzuwandeln, identifizierten die Forscher eine Kombination aus drei entscheidenden Transkriptionsfaktoren - NGN2, ISL1 und LHX3. Diese Proteine beeinflussen die Genexpression erheblich und steigern die Effizienz der Umwandlung. Ein weiterer Durchbruch war die Einführung von Genen, die das Zellwachstum stimulieren, wie p53DD und eine modifizierte Form von HRAS. Diese Genkombination förderte die Zellteilung, sodass aus einer einzigen Hautzelle mehrere Neuronen gewonnen wurden - ein bemerkenswerter Fortschritt im Vergleich zu früheren Methoden.

Hohe Erfolgsquote

Die neue Technik hat die Erfolgsraten bei der Zellumwandlung von unter 1 % auf über 1.000 % gesteigert. Das MIT-Team schaffte es, statt einer einzelnen Nervenzelle aus einer Hautzelle gleich zehn oder mehr Neuronen zu produzieren.

Transplantation in das Mäusegehirn

Nach der Optimierung testeten die Wissenschaftler die erzeugten Nervenzellen in lebenden Mäusen. Die transplantierten Neuronen wurden im Striatum, einer wichtigen Region des Gehirns, platziert, die für Bewegungssteuerung und kognitive Prozesse verantwortlich ist. Nach zwei Wochen stellte sich heraus, dass viele der implantierten Neuronen überlebten und erfolgreich mit dem umgebenden Nervengewebe kommunizierten. Diese Ergebnisse legen nahe, dass die neu geschaffenen Neuronen potenziell für therapeutische Anwendungen geeignet sind, insbesondere zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen und neurodegenerativen Erkrankungen wie der amyotrophen Lateralsklerose (ALS).

Ausblick und zukünftige Schritte

Die Forscher planen, ihre Technik weiter zu optimieren, um die Umwandlungsraten mit menschlichen Hautzellen zu erhöhen. Ersten Experimenten zufolge liegt die Erfolgsrate bei menschlichen Zellen bereits zwischen 10 und 30 %, was immer noch schneller ist als traditionelle Verfahren. Ein weiteres Ziel ist, die Methode zu skalieren, um große Mengen an Neuronen zu erzeugen. Gelingt dies, könnte die Technik als Grundlage für Zelltherapien dienen, die es ermöglichen, defekte Nervenzellen zu ersetzen. Dies könnte eine revolutionäre Lösung zur Behandlung von motorischen Störungen darstellen. Aktuelle klinische Studien, die iPSCs zur Behandlung von ALS nutzen, zeigen bereits positive Ansätze. Wenn die direkte Umwandlung von Hautzellen in Neuronen weiter verfeinert wird, könnte dies die Verfügbarkeit von Zellersatztherapien signifikant steigern und vielen Patienten Hoffnung geben.