Ein Forscherteam um Christian Schröter am Max-Planck-Institut für Molekulare Physiologie in Dortmund hat entdeckt, wie die Wechselwirkung zwischen zwei Signal-Molekülen, FGF und BMP, die Schicksalsentscheidung von Stammzellen während der embryonalen Entwicklung beeinflusst. Die Ergebnisse, die in der Zeitschrift Biology Open veröffentlicht wurden, werfen Licht auf die Zelldifferenzierung und haben Auswirkungen auf das zielgerichtete Gewebeengineering in der Zellersatztherapie.

Während der embryonalen Entwicklung treffen Stammzellen kurz nach der Befruchtung entscheidende Wahlmöglichkeiten. In dieser Phase beginnt die Gastrulation, die zur Bildung der Keimblätter führt: dem Ektoderm, Mesoderm und Endoderm, aus denen schließlich die inneren Organe entstehen. Das Schicksal der Stammzellen im frühen Embryo wird durch eine Kombination von Signal-Molekülen bestimmt, darunter BMP, FGF, Wnt und Nodal, die von umgebenden Geweben produziert werden. Die spezifische Zusammensetzung dieser Kombination bestimmt den Zelltyp, der sich entwickeln wird.

Bislang war die Rolle von FGF, einem wichtigen Molekül für Migration und Wachstum von Stammzellen, unbekannt. Durch ihre Forschung entdeckten Schröter und sein Team, dass FGF als Antagonist von BMP wirkt. Wenn die FGF-Spiegel niedrig sind, hat BMP eine stärkere Wirkung, was zur Entwicklung von Herzzellen und extraembryonalem Mesoderm führt. Andererseits unterdrücken höhere FGF-Spiegel die Wirkung von BMP, was zum Wachstum von Zellen entlang der Körperachse führt.

Interessanterweise fanden die Forscher heraus, dass Stammzellen ihren eigenen Weg beeinflussen können. Selbst wenn den Stammzellen durch kontinuierliche Exposition gegenüber FGF beigebracht wurde, Herzzellen zu bilden, entwickelten sie dennoch verschiedene Zelltypen. Dies legt nahe, dass Stammzellen eine gemeinschaftliche Wirkung haben und mit benachbarten Zellen kommunizieren, um ihre Differenzierung anzuleiten.

Die Ergebnisse dieser Studie bringen unser Verständnis von Zelldifferenzierung und den beteiligten Schlüsselfaktoren voran. In Zukunft könnte dieses Wissen genutzt werden, um bestimmte Zelltypen aus Stammzellen für das gezielte Gewebeengineering und den Zellersatz zu generieren, beispielsweise bei der Regeneration von Herzmuskelgewebe. Allerdings ist die selektive Kultivierung bestimmter Zelltypen derzeit noch nicht möglich.

Quelle:
– „Wissenschaftler zeigen, wie die Signal-Moleküle BMP und FGF die Zelldifferenzierung während der embryonalen Entwicklung steuern,“ Max-Planck-Gesellschaft.