Veröffentlicht: 2023 | Zuletzt überprüft: Mai 2026

Humane mesenchymale Stammzellen (HMSC)

1. Allgemeine Eigenschaften mesenchymaler Stammzellen

In diesem Abschnitt werden die allgemeinen Eigenschaften mesenchymaler Stammzellen behandelt, darunter:

• Multipotenz

  MSCs sind multipotente Stammzellen. Sie besitzen die Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu differenzieren, was sie zu einem wertvollen Forschungsinstrument für die regenerative Medizin macht.

• Selbsterneuerung

  Wie andere Stammzellen verfügen auch mesenchymale Stammzellen über die Fähigkeit zur Selbsterneuerung, wodurch über einen längeren Zeitraum eine stabile Quelle an Stammzellen aufrechterhalten wird.

• Immunmodulatorisches Potenzial

  MSCs üben eine immunmodulatorische Wirkung aus und werden daher zur Behandlung verschiedener Autoimmunerkrankungen eingesetzt.

• Immunogenität

  Im Allgemeinen weisen MSCs eine geringe Immunogenität auf, was das Risiko einer Immunabstoßung bei Transplantationen verringert. Dies kann jedoch je nach Typ variieren.

• Verfügbarkeit und Zugänglichkeit

  MSCs können aus verschiedenen Geweben isoliert werden, darunter Knochenmark, Fettgewebe und Nabelschnurgewebe, wodurch sie für Forschungs- und therapeutische Anwendungen leicht verfügbar sind.

2. Informationen zur Kultivierung mesenchymaler Stammzellen

Um Kulturen mesenchymaler Stammzellen effektiv zu verwalten und zu handhaben, ist ein umfassendes Verständnis der folgenden Informationen zur Zellkultur von MSCs unerlässlich. Dieses Wissen erleichtert nicht nur Ihre Arbeit, sondern beschleunigt auch den Fortschritt Ihrer Forschungsvorhaben.

Wichtige Punkte für die Kultivierung mesenchymaler Stammzellen

Verdopplungszeit:

Die Populationsverdopplungszeit variiert je nach MSC-Typ. Sie kann zwischen 15,8 und 41,9 Stunden liegen [2].

Adhärent oder in Suspension:

Mesenchymale Stammzellen sind adhärent.

Aussaatdichte:

Die für MSCs empfohlene Zellaussaatdichte liegt zwischen 1 und 3 × 10^{⁴ Zellen}/cm². Zur Aussaat werden die Zellen mit 1× PBS (Phosphatpuffer-Salzlösung) gespült und etwa 10 Minuten lang bei Raumtemperatur mit Accutase (Passagelösung) inkubiert. Nach der Zellablösung wird Kulturmedium hinzugefügt und die Zellen werden zentrifugiert. Anschließend wird das Zellpellet vorsichtig resuspendiert und die Zellen werden in eine neue Kulturflasche mit frischem Kulturmedium überführt.

Wachstumsmedium:

Alpha-MEM-Medium mit 0,1 ng/ml bFGF (basischer Fibroblasten-Wachstumsfaktor), 2,0 mM stabilem Glutamin, Ribonukleoside, Desoxyribonukleoside, 1,0 mM Natriumpyruvat und 2,2 g/l NaHCO₃ wird für die Kultivierung mesenchymaler Stammzellen verwendet. Das Medium sollte alle 2 bis 3 Tage ausgetauscht werden. 

Wachstumsbedingungen:

Mesenchymale Stammzellkulturen werden in einem befeuchteten Inkubator bei einer Temperatur von 37 °C und 5 % CO₂ gehalten.

Lagerung:

Mesenchymale Stammzellen können in der Dampfphase von flüssigem Stickstoff oder bei Temperaturen unter -150 °C langfristig gelagert werden.

Einfrierverfahren und Medium:

Zur Lagerung mesenchymaler Stammzellen werden die Einfriermedien CM-1 oder CM-ACF verwendet. In der Regel wird ein langsamer Einfrierprozess angewendet, bei dem die Temperatur nur um 1 °C pro Minute sinkt. Dies schützt die Lebensfähigkeit der Zellen.

Auftauprozess:

Gefrorene MSCs werden für etwa 60 Sekunden leicht in ein auf 37 °C voreingestelltes Wasserbad getaucht. Anschließend wird frisches Kulturmedium hinzugefügt, die Zellen werden resuspendiert und zentrifugiert. Dieser Schritt entfernt die Komponenten des Gefriermediums aus den Zellen. Das gewonnene Zellpellet wird dann in das Wachstumsmedium gegeben, und die Zellen werden zur Kultivierung in neue Flaschen überführt.

Biosicherheitsstufe:

Für die Handhabung und Pflege von mesenchymalen Stammzellkulturen ist ein Labor der Biosicherheitsstufe 1 erforderlich.

3. Verschiedene Arten mesenchymaler Stammzellen und ihre wesentlichen Merkmale

Es gibt viele verschiedene Arten von mesenchymalen Stammzellen, die sich nach ihrer Herkunft unterscheiden. In diesem Abschnitt des Artikels werden drei Haupttypen von MSCs behandelt.

3.1 Aus Fettgewebe gewonnene mesenchymale Stammzellen

• Aus Fettgewebe gewonnene mesenchymale Stammzellen (AD-MSCs) sind eine Art von mesenchymalen Stammzellen, die aus Fettgewebe extrahiert werden.
• Sie kommen im Fettgewebe reichlich vor, und die Gewinnung ist durch ein minimalinvasives Verfahren namens Fettabsaugung relativ einfach.
• Sie lösen bei einer allogenen Transplantation seltener eine Immunreaktion aus.
• Diese Zellen weisen ein starkes adipogenes Potenzial auf, d. h. sie neigen im Vergleich zu anderen mesenchymalen Stammzelltypen stark zur Differenzierung in Adipozyten (Fettzellen).

Veröffentlicht: 2023 | Zuletzt überprüft: Mai 2026

Mesenchymale Stammzellen aus der Nabelschnur

• Stammzellen aus der Nabelschnur (UC-MSCs) werden aus dem Nabelschnurgewebe gewonnen.
• Das Nabelschnurgewebe ist nach der Geburt leicht für die Stammzellgewinnung zugänglich.
• Wie BM-MSCs erfordern auch Nabelschnur-Stammzellen für die Transplantation eine HLA-Übereinstimmung zwischen Empfänger und Spender, um eine Immunreaktion zu vermeiden.
• Sie weisen eine höhere Neigung zur neuralen Differenzierung auf und sind daher wertvolle Forschungsinstrumente für die neurologische Forschung.

4. Forschungsanwendungen mesenchymaler Stammzellen

Mesenchymale Stammzellen (MSCs) werden aufgrund ihres erheblichen therapeutischen Potenzials in der biomedizinischen Forschung weit verbreitet eingesetzt. In diesem Abschnitt werden einige vielversprechende Anwendungen verschiedener MSC-Typen erwähnt.

• Forschung im Bereich der regenerativen Medizin: Mesenchymale Stammzellen sind multipotente Zellen; sie haben das Potenzial, sich in verschiedene Zelltypen wie Knorpel-, Knochen-, Muskel- und Fettzellen zu differenzieren. Daher werden sie in der regenerativen Medizin zur Reparatur und zum Ersatz von verletztem oder geschädigtem Gewebe eingesetzt. Die regenerativen Anwendungen von MSCs werden vor allem bei Haut-, Knochen- und Verletzungen des Bewegungsapparats beobachtet. So ergab beispielsweise eine von Helena Debiazi Zomer und Kollegen im Jahr 2020 durchgeführte Studie, dass aus Fettgewebe gewonnene mesenchymale Stammzellen (AD-MSCs) in Mausmodellen die Wundheilung der Haut beschleunigen können. Sie stimulieren die Angiogenese und die Umgestaltung der extrazellulären Matrix, um eine Narbe von besserer Qualität zu fördern, die normaler, gesunder Haut ähnlicher ist als bei der Kontrollgruppe [3]. In der Forschung wurden auch die Eigenschaften zur Reparatur von Knochendefekten bei aus der Nabelschnur gewonnenen mesenchymalen Stammzellen beobachtet. Sie entfalten ihre reparativen Wirkungen, indem sie die Angiogenese, die Osteoklastogenese und die Mobilisierung von Wirts-MSCs fördern oder sich in osteoblastenähnliche Zellen differenzieren [4].
• Erkrankungen/Störungen des Immunsystems: Mesenchymale Stammzellen üben immunmodulatorische Wirkungen aus. Sie neigen dazu, Immunreaktionen zu regulieren und Entzündungen zu reduzieren. Daher werden sie zur Behandlung von Autoimmunerkrankungen eingesetzt, z. B. rheumatoider Arthritis, Multipler Sklerose, entzündlichen Darmerkrankungen usw. Eine Studie untersuchte die immunmodulatorische Wirkung von aus dem Knochenmark gewonnenen mesenchymalen Stammzellen auf T-Zellen aus dem peripheren Blut von Patienten mit rheumatoider Arthritis. BM-MSC-Zellen üben eine hemmende Wirkung auf T-Zellen aus und unterdrücken Zytokine, die an der Pathophysiologie der rheumatoiden Arthritis beteiligt sind [5].
• Neurologische und kardiovaskuläre Forschung: MSCs bergen ein erhebliches Potenzial für Anwendungen in der neurologischen und kardiovaskulären Forschung. Sie werden zur Behandlung verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen eingesetzt, darunter Parkinson und Alzheimer. Darüber hinaus werden sie bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt, da sie nach kardialen Ereignissen beschädigtes oder verletztes Herzgewebe reparieren. Zudem fördern MSCs auch die Angiogenese und sind daher in der kardiovaskulären Forschung von großem Wert. Eine solche Studie untersuchte das therapeutische Potenzial von aus Fettgewebe und Knochenmark gewonnenen mesenchymalen Stammzellen in einem Modell für den akuten Myokardinfarkt (MI). Die Studie ergab, dass beide Quellen gleichermaßen vorteilhaft für die Regeneration von Herzgewebe und die Verringerung von Fibrose sind [6]. Interessanterweise ergab eine im Jahr 2022 durchgeführte Studie, dass aus der menschlichen Nabelschnur gewonnene mesenchymale Stammzellen (UC-MSCs) in Mausmodellen der Parkinson-Krankheit durch die Regulierung der Darmmikroorganismen neuroprotektive Wirkungen entfalten. Das Mausmodell zeigte nach intranasaler Transplantation von UC-MSCs eine verbesserte Bewegungsfunktion [7].

Literaturverzeichnis

1. Ding, D.C., W.C. Shyu und S.Z. Lin, Mesenchymale Stammzellen. Cell Transplant, 2011. 20(1): S. 5–14.
2. Zhan, X.-S. et al., Eine vergleichende Studie zu den biologischen Eigenschaften und Transkriptomprofilen mesenchymaler Stammzellen aus verschiedenen Geweben des Hundes. International Journal of Molecular Sciences, 2019. 20(6): S. 1485.
3. Zomer, H.D. et al., Mesenchymale Stromazellen aus Haut- und Fettgewebe induzieren eine Polarisierung von Makrophagen hin zu einem reparationsfördernden Phänotyp und verbessern die Wundheilung der Haut. Cytotherapy, 2020. 22(5): S. 247–260.
4. Kosinski, M., et al., Reparatur von Knochendefekten unter Verwendung eines Knochenersatzmaterials, das von aus der Nabelschnur gewonnenen mesenchymalen Stammzellen gestützt wird. Stem Cells International, 2020. 2020.
5. Pedrosa, M., et al., Immunmodulatorische Wirkung von aus menschlichem Knochenmark gewonnenen mesenchymalen Stromazellen/Stammzellen auf T-Zellen im peripheren Blut von Patienten mit rheumatoider Arthritis. Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine, 2020. 14(1): S. 16–28.
6. Omar, A.M. et al., Vergleichende Studie zum therapeutischen Potenzial von aus Fettgewebe und Knochenmark gewonnenen mesenchymalen Stammzellen an einem Modell für den akuten Myokardinfarkt. Oman Med J, 2019. 34(6): S. 534–543.
7. Sun, Z., et al., Mesenchymale Stammzellen aus der menschlichen Nabelschnur verbessern die Bewegungsfunktion in einem Mausmodell der Parkinson-Krankheit durch Regulierung der Darmmikroorganismen. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2022. 9: S. 808905.