Das zentrale Nervensystem bei Wirbeltieren entwickelt sich aus dem Neuralrohr, welches die Basis für die Differenzierung in Rückenmark und Gehirn darstellt. Professorin Elly Tanaka und ihre Arbeitsgruppe am DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden – Exzellenzcluster der TU Dresden (CRTD) konnten erstmals in vitro ein dreidimensionales Stück Rückenmark aus embryonalen Stammzellen der Maus ein wachsen lassen. Es konnte eine korrekte räumliche Anordnung von Motorneuronen, Interneuronen und dorsalen Interneuronen neben den Zellen der Grundplatte gezeigt werden. Diese Studie ist online am 30.10.2014 von der US-amerikanischen Fachzeitschrift „Stem Cell Reports“ veröffentlicht worden. (http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2014.09.020)

Am CRTD erforscht Elly Tanaka mit ihrer Arbeitsgruppe seit Jahren die vielfältige Regenerationsfähigkeit von Axolotln auf molekularer Ebene. Die mexikanischen Schwanzlurche sind unter anderem in der Lage, nach einer Verletzung ihr Rückenmark voll funktionsfähig zu regenerieren. Säugetiere wie Menschen besitzen diese Fähigkeiten nicht. Die Wiederherstellung des Rückenmarks im Axolotl erfolgt in einer dreidimensionalen Struktur, die einem embryonalen Rückenmark gleicht. Alle Zellen im regenerierten Rückenmark wissen aufgrund ihrer Position im Gewebe, welche Funktionen sie nach der Regeneration im Tier übernehmen sollen. „Unsere Erkenntnisse über die Regenerationsfähigkeit des Axolotls haben wir in dieser Studie auf das Säugetier Maus angewandt“, erläutert Professorin Elly Tanaka.
 
Vereinzelte embryonale Stammzellen der Maus wurden in einem dreidimensionalen Gel eingebettet und wuchsen in einem neuronalen Differenzierungsmedium, was zur klonalen Ausbildung neuroepithelialer Zysten führte. Diese siedelten sich im Mittel- und Hinterhirn entlang der neuronalen Achse an. „Unser Ziel war es jedoch, Rückenmark in vitro zu generieren“, berichtet Dr. Andrea Meinhardt, Postdoc am CRTD. „Dazu haben wir bereits am zweiten Tag der dreidimensionalen Zell-Kultivierung Retinolsäure dem Kulturmedium zugesetzt.“ Diese Behandlung führte einerseits dazu, dass die neuralen Zysten in das Rückenmark verschoben wurden und zum anderen zur Bildung eines lokalen Signalzentrums, das für die Entwicklung der verschiedenen Zelltypen des Rückenmarks verantwortlich ist. „Wir konnten hiermit das erste Mal in vitro den Aufbau eines typischen embryonalen Neuralrohrs rekonstruieren“, so Andrea Meinhardt. „Mit dieser Studie sind wir der Idee ein dreidimensionales Rückenmarksstück für die Transplantation beim Menschen zu konstruieren, einen winzigen Schritt näher gekommen“, sagt Elly Tanaka.

Publikation:
Andrea Meinhardt1, Dominic Eberle1, Akira Tazaki1, Adrian Ranga4, Marco Niesche2, Michaela Wilsch-Bräuninger3, Agnieszka Stec1, Gabriele Schackert2, Matthias Lutlof4, Elly M. Tanaka1,3
3D reconstitution of the patterned neural tube from embryonic stem cells.
Stem Cell Reports (http://dx.doi.org/10.1016/j.stemcr.2014.09.020)

1 DFG-Research Center for Regenerative Therapies Dresden – Cluster of Excellence, TU Dresden, Germany
2Faculty of Medicine, Neurosurgery Department, TU Dresden, Germany
3Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics, Dresden, Germany
4Laboratory of Stem Cell Bioengineering, Institute of Bioengineering, Ecole Fédérale de Lausanne, Switzerland

Foto: Der konfokale Querschnitt durch eine dreidimensionale Zyste zeigt die Bodenplatte (grün), die sich durch die Zugabe von Retinolsäure ausgebildet hat. Des Weiteren konnte die Ausbildung von Motorneuronen (weiß) als auch von Interneuronen (rot) nachgewiesen werden. In vitro erhielten die Dresdner Forscher die typische Musterung, die auch im Rückenmark des Embryos zu sehen ist. ©CRTD/Andrea Meinhardt

Informationen für Journalisten:
Birte Urban-Eicheler
Pressesprecherin DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien Dresden – Exzellenzcluster an der TU Dresden
Tel.: 0351 458-82065
 
http://www.crt-dresden.de