Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.

Erfolg im Labor: Biologen züchten selbstheilenden Skelettmuskel

Von

Muskel aus dem Labor: Zucken, wie ein Großer Fotos
Duke University

Erstmals haben Forscher im Labor einen Skelettmuskel gezüchtet, der sich ähnlich wie natürliches Gewebe selbst reparieren kann. Die Technik soll helfen, Muskelschäden beim Menschen zu behandeln.

Was zuckt denn da? Im Labor haben Forscher zum ersten Mal einen Skelettmuskel gezüchtet, der sich - wie natürliches Muskelgewebe auch - bis zu einem bestimmten Grad selbst heilen kann. Der künstliche Muskel sehe natürlichem Muskelgewebe erstaunlich ähnlich, berichten die Wissenschaftler im Fachmagazin "Proceedings of the National Academy of Sciences". Er kontrahiere kraftvoll und wachse schnell mit dem Gefäßsystem von Mäusen zusammen. Die Forscher testeten ihre Methode auch mit menschlichen Zellen.

Als Ausgangspunkt dienten Mark Juhas von der Duke University in Durham, US-Bundestaat North Carolina, und seinen Kollegen zunächst Muskelzellen von neugeborenen Ratten - sogenannte Myoblasten oder Satellitenzellen. Sie sind die Vorläuferzellen von Skelettmuskelfasern. Jeder erwachsene Muskel hat einige solcher Zellen für den Notfall in Reserve. Wird der Muskel verletzt - etwa bei einem Muskelfaserriss - reparieren die Zellen geschädigtes Gewebe. Allerdings ist es gar nicht so einfach, Satellitenzellen in künstliches Muskelgewebe zu integrieren.

"Einfach nur Satellitenzellen oder wenig entwickeltes Muskelgewebe zu implantieren, funktioniert nicht so gut", erklärt Juhas. Daher züchteten die Forscher die Muskelfasern im Labor von der Pike auf aus den Zellen der neugeborenen Ratten. Erstmals gelang es, dass funktionsfähige Satellitenzellen im künstlichen Gewebe zurückblieben. Elektrische Impulse, die die Forscher den gezüchteten Fasern verpassten, zeigten, dass sich das künstliche Gewebe zehnmal stärker zusammenzog, als jeder andere jemals im Labor gezüchtete Muskel.

Als Test, ob die Satellitenzellen Zellschäden am Muskel reparieren, legten die Forscher zwei Wochen alte künstliche Muskelfasern in Schlangengift. Und tatsächlich: Nach zehn Tagen habe sich der Muskel nahezu vollständig erholt.

Von der Zellkultur in die Maus

Die gezüchteten Muskelfasern pflanzten die Forscher dann zehn lebenden Mäusen auf den Rücken - die Wunde deckten sie mit einer Scheibe ab. So konnten sie über zwei Wochen hinweg alle zwei Tage dokumentieren, wie sich der Muskel entwickelte. Gentechnisch war er so verändert worden, dass er fluoreszierte, also leuchtete, wenn er sich spontan zusammenzog. Im Versuch wurden die Lichtsignale immer heller, je kräftiger der Muskel wurde.

Das Gewebe habe sich schnell in das Gefäßnetzwerk der Mäuse integriert und seine Funktion ähnlich natürlichem Gewebe aufgenommen, berichten die Wissenschaftler. Innerhalb von zwei Wochen habe der Muskel mehr als das dreifache an Kraft zugelegt. Er sei so stark geworden, wie der einer lebenden jungen Maus.

"Wir konnten in Echtzeit beobachten und messen, wie Blutgefäße in den implantierten Muskel hineinwuchsen", sagt Juhas. Die Verbindung mit den Gefäßen ist überlebenswichtig, da die Muskelzellen über den Blutkreislauf beispielsweise mit Sauerstoff versorgt werden.

Adern, Nieren, Ohrmuscheln - alles aus dem Labor

Bei weiteren Versuchen stießen die Forscher jedoch an Grenzen: Bislang ist es unmöglich, künstlich erzeugtes Muskelgewebe mit dem Nervensystem eines Organismus zu verbinden. Aus diesem Grund, konnte das Gewebe auch im aktuellen Versuch nicht von den Mäusen gesteuert werden.

Außerdem scheiterte der Versuch kräftige menschliche Muskelfasern im Labor wachsen zu lassen. Zum einen brauche man dazu mehr Vorläuferzellen von Muskelzellen, als in herkömmlichen Proben von menschlichem Muskelgewebe enthalten seien. Zum anderen seien menschliche Muskelzellen zu groß, um im Labor ausreichend mit Blut versorgt zu werden.

Bereits seit einigen Jahren versuchen Wissenschaftler künstliche Gewebe im Labor zu erschaffen. Auch Muskelzellen sind bereits entstanden - allerdings konnten sie sich nicht selbst reparieren. 2013 züchteten Forscher außerdem eine funktionsfähige Niere und eine Ohrmuschel und testeten sie in und an Ratten. 2011 konstruierten sie künstliche Adern und testeten sie ebenfalls im Tierversuch. Bereits mehrfach in Menschen verpflanzt wurden mit Hilfe von Stammzellen eines Erkrankten gezüchtete Luftröhren.

Die Ergebnisse der aktuellen Studie seien ein wichtiger Schritt, um wachstumsfähige Muskeln zu züchten und Krankheiten sowie die Behandlung von Verletzungen zu erforschen, erklärt Nenad Bursac, der die Studie gemeinsam mit Juhas leitete. Nun gelte es, die Technik weiter zu entwickeln.

Der Autorin auf Twitter folgen

Künstliches Leben

Diesen Artikel...
Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 1 Beitrag
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    
1. selbstheilend?
chen-men 12.04.2014
Zitat: "Adern, Nieren, Ohrmuscheln - alles aus dem Labor Bei weiteren Versuchen stießen die Forscher jedoch an Grenzen: Bislang ist es unmöglich, künstlich erzeugtes Muskelgewebe mit dem Nervensystem eines Organismus zu verbinden. Aus diesem Grund, konnte das Gewebe auch im aktuellen Versuch nicht von den Mäusen gesteuert werden. Außerdem scheiterte der Versuch kräftige menschliche Muskelfasern im Labor wachsen zu lassen. Zum einen brauche man dazu mehr Vorläuferzellen von Muskelzellen, als in herkömmlichen Proben von menschlichem Muskelgewebe enthalten seien. Zum anderen seien menschliche Muskelzellen zu groß, um im Labor ausreichend mit Blut versorgt zu werden. ..." Erstens: Ich verstehe den Verweis auf "Selbstheilung", "selbstheilend" nicht. Die Zellen unter dem "Fenster" auf dem Mäuserücken wuchsen, und einwachsende Blutgefäße sorgten für die Versorgung. Aber wurden diese Muskelzellen verletzt, um dann ihre "Selbstheilung" zu beobachten? Zweitens: Wenn derartige Versuche gleich aus zwei Gründen mit menschlichen Muskelzellen NICHT funktionieren (weder Innervation noch ausreichende Blutversorgung entstehen), kann dann weitere Tierquälerei gerechtfertigt werden? (Es geht ja nicht um Muskelheilung bei verletzten MÄUSEN, also um Veterinärmedizin, oder?) Und nicht zuletzt: Sind Aufwand und Kosten angesichts des zweifelhaften Nutzens zu rechtfertigen?
Alle Kommentare öffnen
    Seite 1    

© SPIEGEL ONLINE 2014
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH



Fotostrecke
Bioengineering: Mediziner erzeugen künstliche Rattenniere

Meilensteine der Synthetischen Biologie
1970 Gen-Synthese I
Kan Agarwal und Gobind Khorana von der University of Wisconsin gelingt es erstmals ein Gen vollständig zu synthetisieren. Das Hefe-Gen besteht nur aus 75 DNA-Bausteinen , der Arbeitsaufwand beträgt 20 Personenjahre. Das DNA-Stück enthält den Bauplan für ein Molekül, das Eiweißbausteine transportiert.
1984 Gen-Synthese II
Steven Brenner und Kollegen fügen das erste Gen zusammen, das die Bauanleitung für ein Eiweiß enthält. Zwei Wissenschaftler arbeiten eineinhalb Jahre, um die 330 DNA-Bausteine zusammenzufügen.
1995 Minimal-Genom I
Der US-Forscher Craig Venter und sein Team sequenzieren das kleinste Genom eines freilebenden Organismus. Das Genom des Bakteriums Mycoplasma genitalium, das beim Menschen Harnröhren-Infektionen verursachen kann, enthält nur 517 Gene. Mycoplasmen werden zu Modelorganismen der Synthetischen Biologie.
1999 Minimal-Genom II
Wie viel Gene sind entbehrlich? Dieser Frage geht Craig Venter beim Bakterium Mycoplasma genitalium nach. Sein Team kommt zu dem Schluss, dass von den 480 eiweißcodierenden Genen rund 180 für das Überleben nicht essentiell sind. Genauere Analysen werden 2006 ergeben, dass mindestens 382 Gene vorhanden sein müssen.
2002 Virus-Synthese
Mit Hilfe eines genetischen Bauplans aus öffentlichen Datenbanken bauen Jeronimo Cello und Eckard Wimmer von der State University of New York das Erbgut eines Polio-Virus zusammen. Die Bausteine dafür lassen sie sich per Post schicken. Den im Labor innerhalb von drei Jahren entstandenen Erreger der Kinderlähmung injizieren sie Mäusen, die daraufhin krank werden.
2004 Wettbewerb der Genombastler
Zum ersten Mal findet die iGEM-Competition am Massachusetts Institute of Technology (MIT) statt. Studenten des MIT sollen mit Hilfe von Bio-Bausteinen wie Gen-Schaltern und Genen neuartige Mikroorganismen basteln. Bald wächst die Veranstaltung zu einem internationalen Wettbewerb.
2006 Bierhefe produziert Malaria-Medikament
Am California Institute of Quantitative Biomedical Research schafft es ein Team um Jay Keasling Bierhefe dazu zu bringen, das Malaria-Medikament Artemisinin herzustellen. Massive Eingriffe ins Erbgut der Hefe sind nötig: Gen-Aktivitäten werden erhöht, Gene eingefügt und ausgetauscht. Die spezifische Artemisinin-Produktivität dieser Hefe ist höher als in der natürlichen Quelle, dem Einjährigen Beifuß.
2007 Bakterien-Umwandlung
Unter Leitung von Carole Lartigue transplantieren Wissenschaftler am J. Craig Venter Institute das gesamte Genom einer Bakterien-Spezies in die Zelle einer anderen Bakterien-Art. Nach Erkenntnissen der Forscher übernimmt das Spender-Genom in der neuen Umgebung das Kommando und macht die Artumwandlung möglich.
2008 Synthese eines Bakterien-Genoms
Forscher des J. Craig Venter Institute fügen alle Erbgut-Bausteine des Bakteriums Mycoplasma genitalium zusammen. Das chemisch synthetisierte Genom besteht aus mehr als 580.000 Bausteinen.
2009 Hefezellen vermehren Bakterienerbgut
Dem J. Craig Venter Institute gelingt ein weiterer Coup: Das Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides wird in Hefezellen eingeschleust und kann dort mit Hilfe der Hefe-Gentechnik verändert werden. Wird das neue Genom in Zellen der Bakterien-Art Mycoplasma capricolum verpflanzt, entsteht ein neuer Bakterienstamm.
2010 Synthetisiertes Bakterien-Genom transplantiert
Wissenschaftler des J. Craig Venter Institute synthetisieren das Genom des Bakteriums Mycoplasma mycoides. Seine DNA besteht aus mehr als einer Million Bausteinen und enthält von den Forschern eingefügte molekulare Wasserzeichen: kodierte E-Mail-Adressen, Namen oder berühmte Zitate. Das Konstrukt transplantierten sie in die verwandte Art Mycoplasma capricolum. Alle Vorgänge in der Zelle wurden daraufhin von der Mycoplasma-mycoides-DNA gesteuert. Um "künstliches Leben" handelt es sich bei dieser Zelle aber nicht: Die synthetisierte Bakterien-DNA ist eine Kopie des natürlichen Genoms und auf die vorhandene molekulare Maschinerie des Empfänger-Bakteriums angewiesen.

Der kompakte Nachrichtenüberblick am Morgen: aktuell und meinungsstark. Jeden Morgen (werktags) um 6 Uhr. Bestellen Sie direkt hier: