Erfolg im Labor Biologen züchten selbstheilenden Skelettmuskel

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.

Duke University

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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.

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chen-men 12.04.2014
1. selbstheilend?
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?
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