Mit Stammzellmodell der angeborenen Zwerchfellhernie auf der Spur

Forschende haben ein neues Stammzellmodell entwickelt, mit dem eine angeborene Zwerchfellhernie bei Neugeborenen mit unterentwickelter Lunge erforscht werden kann. Aus dem Gewebe, was bisher beim Absaugen der Lunge als Abfallprodukt entsorgt wurde, können Stammzellen als Grundlage für das Modell gewonnen werden.

Im Interview mit MEDICA.de erläutert Dr. Richard Wagner, wie das Stammzellmodell funktioniert und welche Erkenntnisse damit bereits gewonnen werden konnten.

Dr. Wagner, wie entstand die Idee für das neue Zellmodell?

Dr. Richard Wagner: Im Rahmen unserer Erforschung der angeborenen Zwerchfellhernie bei Neugeborenen fiel uns auf, dass bislang keine Modelle gibt, in denen therapeutische Ansätze am menschlichen Lungen-Gewebe untersucht werden können. Bei einer angeborenen Zwerchfellhernie handelt es sich um einen Zwerchfelldefekt und eine Lungenunterentwicklung. Viele Neugeborene sterben auch heute noch an der Unterentwicklung der Lungen. Wir wollen die Lage verbessern und waren bereits länger auf der Suche nach einem humanen Zellmodell, an dem man verschiedene Aspekte bei der angeborenen Zwerchfellhernie testen kann. Denn durch die Unterentwicklung der Lunge ist diese ohnehin schon zu klein und es kann bei der Operation zum Zwerchfellverschluss nicht einfach ein Teil des Gewebes für weitere Untersuchungen entfernt werden. Es gab das Verfahren der bronchialen Absaugung bereits und es wurde auch bereits an der Isolierung von Stammzellen aus der Lunge geforscht. Neu ist, dass diese Isolierung der Stammzellen bei Neugeborenen mit angeborener Zwerchfellhernie eingesetzt wird.

Wie funktioniert das Stammzellmodell?

Wagner: Die Neugeborenen werden aufgrund der Lungenunterentwicklung direkt nach der Geburt intubiert und beatmet. Routinemäßig findet bei ihnen eine bronchiale Absaugung statt, da sie unter Beatmung nicht selbstständig husten können. Wir nehmen das Lungengewebe aus der bronchialen Absaugung und nutzen es als Surrogat-Gewebe für unser Modell. Bei den so gewonnenen Stammzellen haben wir die Möglichkeit, diese in verschiedenen Lungen-Gewebe zu differenzieren, die wir im Labor kultivieren und vermehren können. So können wir das bronchiale Epithel, sprich die oberste Schicht der Bronchialzellen in den Luftwegen, modellieren. Im Detail sind das die Zellen, die die Bronchien in der Lunge auskleiden. So haben wir am Ende eine patientenspezifische Probe, in der wir sehen können, welche Gene in den Zellen aktiv sind und welche nicht. Damit können wir Unterschiede im zellulären Programm der krankhaft veränderten Zellen feststellen. Zusätzlich können wir im Stammzellmodell auch epigenetische Veränderungen überprüfen. So lassen sich molekulare Unterschiede zwischen den Stammzellen bei Neugeborenen mit einer Zwerchfellhernie und Kontrollpatientinnen und -patienten treffen. Wir konnten dabei ein abnormales Differenzierungsmuster feststellen.

Was waren die größten Herausforderungen bei der Forschung mit dem neuen Stammzellmodell?

Wagner: Wir haben uns die letzten 1,5 Jahre intensiv mit der Erforschung des Stammzellmodells beschäftigt. Dabei sind wir natürlich auf einige Hürden gestoßen, denn bei Zellmodellen kann immer mal etwas schiefgehen. Beispielsweise können sich die Zellen infizieren, dann wachsen sie nicht normal und müssen entsorgt werden. Wenn das bei den Zellen von Betroffenen passiert, die noch nicht im Labor vermehrt wurden, verliert man eine Probe. Auch der logistische Aufwand für eine solche Forschung ist riesig. Für den Prozess von der Intubation über die Absaugung, Aufbewahrung der Probe, Isolierung der Zellen und der Vermehrung im Labor ist viel Personal notwendig.

Welche Erkenntnisse konnte die Studie mit dem Stammzellmodell liefern?

Wagner: Wir konnten ein neues Modell etablieren, mit dem erstmals Veränderungen an den Zellen von menschlichen Neugeborenen mit einer angeborenen Zwerchfellhernie analysiert werden. Diese Veränderungen korrelieren auch mit denen, die bereits mit anerkannten Tiermodellen festgestellt wurden. Und diese Veränderungen können wir durch eine Behandlung, die diese Entzündungsreaktion bremst, positiv beeinflussen.

Was für neue Forschungsmöglichkeiten könnten sich daraus entwickeln?

Wagner: Durch das Zellmodell lassen sich die verschiedensten Therapeutika testen. Diese Tests am lebendigen Gewebe von Neugeborenen mit einer Zwerchfellhernie waren vorher nicht möglich. Das Zellmodell könnte auch als eine Art Brücke zwischen dem Tiermodell und den Versuchen der Therapie an Menschen dienen. Immunzellen, Bindegewebszellen (Fibrozyten) oder auch Pneumozyten haben ebenfalls Funktionen in der Lunge und könnten mit dem Modell im Rahmen weiterer Forschungen untersucht werden.