Stammzellen in den Adern von Embryonen entwickeln sich nur dann zu Blutzellen, wenn die Gefäße durch aktiven Herzschlag durchspült und dabei mechanisch gereizt werden, berichten zwei Forschergruppen. Die Erkenntnis könnte in Zukunft die Produktion von Blutstammzellen für Leukämiekranke in Kulturen erleichtern und erklärt zudem, warum der Herzschlag in wachsenden Embryonen schon einsetzt, bevor seine Gewebe überhaupt mit Sauerstoff versorgt werden müssen.

Ein Team um George Daley vom Children's Hospital in Boston hatte die Vorläuferzellen aller Blutzellen untersucht. Diese Stammzellen beginnen kurz nach dem ersten Herzschlag eines Mausembryos in den Zellwänden der Aorta damit, Blutzellen zu produzieren. Dies geschieht aber nur, wenn sie durch den Druck der bewegten Flüssigkeit in den Adern mechanisch gereizt werden, wie die Wissenschaftler mit kontrolliert umspülten Zellen in einer Drehkammer im Labor zeigen konnten [1]. In Embryos einer Mausmutante, deren Herz das Gefäßsystem nicht durchpumpt, entwickeln sich folgerichtig auch nur sehr wenige Stammzellen zu Blutzellen, berichten die Forscher weiter.

Notwendig für die normale Differenzierung sei zudem Stickoxid (NO), so Daley und Kollegen nach einem dritten Experiment, bei dem sie zusätzlich die Produktion von NO gebremst hatten. Das Molekül vermittele nach dem mechanischen Reiz offenbar die Produktion wichtiger Transkriptionsfaktoren wie Runx1 in den Stammzellen der Gefäßwände, der sie dann in die hämatopoetischen Vorläufer aller Blutzellen umprogrammiert. NO war schon zuvor dafür bekannt gewesen, nach mechanischen Stressreizen von außen die Produktion zellinterner Signalstoffe zu vermitteln.

Ganz ähnliche Erkenntnisse gewann auch eine Forschergruppe um Leonard Zon vom Harvard Stem Cell Institute in Boston nach Studien zur Blutstammzellentwicklung in Mäusen und Zebrafischembryonen, die sich wegen ihrer Durchsichtigkeit leicht untersuchen lassen. Auch im Fisch bilden sich Blutzellen aus den Stammzellen in der Gefäßwand nicht in mutierten Tieren, deren Herz den Kreislauf nicht bewegt. Wird der Blutfluss angeregt, so bilden sich mehr hämatopoetische Zellen. Stickoxid sei ebenfalls entscheidend, bestätigen Zon und Co die Ergebnisse des Teams um Daley weiter: Je niedriger die Konzentration von NO, desto weniger unter dem Einfluss des Runx1-Transkriptionsfaktor umprogrammierte Blutstammzellen entstehen in Mäusen und Fischen.

Der Blutstrom ist demnach wichtig, um die Produktion aller Sorten von Blutzellen anzuregen, schlussfolgern Zun, Daley und ihre Mitarbeiter. Damit werde auch verständlich, warum sich die hämatopoetische Zellen bildenden Stammzellen in Gefäßwänden, etwa der Aorta von Wirbeltieren anreichern, wo sie dann mechanischem Stress ausgesetzt werden.

Die Forscher glauben, dass nun die Produktion von Nachschub-Blutzellen etwa aus Stammzellen von Leukämiekranken ohne passenden Knochenmarkspender leichter werden könnte. Zwar können schon heute relativ problemlos etwa Rote Blutkörperchen aus so genannten ipS-Zellen gewonnen werden, die Produktion der vielseitigen hämatopoetischen Vorläufer aller Blutzellen gelingt aber in Kulturen nicht zufriedenstellend. In mit angepasstem Druck durchströmten Fließkammern, in denen die Stammzellen den nötigen biomechanischen Reiz mitsamt dem Signalgeber NO erhalten, könnten in Zukunft vielleicht größere Erfolge bei der Produktion der Blutzellvorläufer erzielt werden, hoffen die Forscher. (jo)