Stammzellen aus dem Nabelschnurblut: Induktion der mesenchymalen Diffenzierung durch Zell-Zell-Kontakte mit verschiedenen mesenchymalen Zellen

Hintergrund: Das Antigen CD133 wird weltweit für die Anreicherung hämatopoietischer Stammzellen aus Knochenmark, peripherem Blut oder Nabelschnurblut (UCB) benutzt. Seit einigen Jahren mehren sich jedoch experimentelle Hinweise, dass Isolate CD133-positiver Zellen auch Subpopulationen enthalten, die zur Differenzierung in mesenchymale Zelltypen fähig und deshalb für die regenerative Medizin besonders interessant sind. Fragestellung: Im Blick auf die inzwischen an vielen Orten eingerichteten Plazentarestblutbanken und das klinische Potenzial dieses Zellreservoirs haben wir Voraussetzungen für eine gezielte mesenchymale Differenzierung von CD133-positiven Stammzellen aus dem Nabelschnurblut untersucht. Insbesondere wollten wir klären, ob für eine solche Differenzierung Zell-Zell-Kontakte mit speziellen Induktorzellen nötig sind. Material und Methoden: Eine gereinigte, fast homogene Population CD133-positiver humaner UCB-Zellen wurde durch Stimulation mit Platelet-derived growth factor (PDGF) und Epidermal growth factor (EGF) expandiert, mit dem Fluoreszenzmarker DiI markiert und anschließend mit primären Rattenosteoblasten, murinen C2C12-Myoblasten bzw. Rattenkardiomyozyten kokultiviert. In Vergleichskulturen wurden die UCB-Zellen jeweils durch eine mikroporöse Membran von den mesenchymalen Induktorzellen getrennt, so dass keine direkten Zell-Zell-Kontakte möglich waren. Die Zelldifferenzierung während der Kokultur wurde durch RT-PCR-Analysen und immunzytochemische Detektion spezifischer Markerproteine charakterisiert. Ergebnisse und Diskussion: Wir konnten erstmals zeigen, dass aus derselben Population CD133-positiver Zellen des Nabelschnurbluts in vitro Osteoblasten, Kardiomyozyten und Myoblasten hervorgehen können. Die Differenzierungsrichtung wird dabei anscheinend allein durch den Zelltyp, mit dem die Stammzelle in Kontakt ist, bestimmt. Für eine mesenchymale Differenzierung CD133-positiver Zellen waren stets direkte Zell-Zell-Kontakte mit den entsprechenden Induktorzellen erforderlich. Diese bewirkten sowohl typische morphologische Veränderungen der UCB-Zellen als auch spezifische Änderungen des Genexpressionsmusters. Osteocalcin, die schwere Kette des Myosins sowie alpha-Aktinin dienten als biochemische Marker der ausgelösten Zelldifferenzierung.

Diese Ergebnisse haben wichtige Implikationen für ein Verständnis des „homing“ adulter Stammzellen und für die Nutzbarkeit von UCB-Zellen in der regenerativen Medizin.