Sommerblogserie zusammen mit dem 3RCC Teil 2: Erforschung von Blutstammzellen – Erkenntnisse aus bildgebenden Verfahren über die Entwicklung von Zebrafischen

Als Stammzellen werden bestimmte Zelltypen bezeichnet, die sich im Körper zu verschiedenen Zellformen entwickeln können und bei der Geweberegeneration und -reparatur eine wichtige Rolle spielen. Stammzellen befinden sich an speziellen Orten im Knochenmark, die Nischen genannt werden. Dort erhalten sie die Signale und die Unterstützung, die sie brauchen, um gesund zu bleiben und zu funktionieren. Diese Nischen sind winzige Räume, in denen Zellen miteinander interagieren und die Stammzellen beim Wachstum und bei der Umwandlung in verschiedene Zelltypen unterstützen. So leben beispielsweise Blutstammzellen, die für die Bildung verschiedener Arten von Blutzellen wichtig sind, in einer bestimmten Nische, die sie mit allem versorgt, was sie brauchen. Um zu verstehen, wie Stammzellen und ihre Nischen in unserem Körper zusammenarbeiten, ist es wichtig zu wissen, was unseren Körper gesund hält und wie er heilt. Da die Nischen jedoch so klein sind, dass man sie bei lebenden Tieren nur schwer erkennen kann, war es bisher schwierig, diese Wechselbeziehungen zu untersuchen.

Bei konventionellen Studien wurden Schädelmodelle von Mäusen für die Live-Bildgebung verwendet, doch bei der Bildauflösung waren Grenzen gesetzt. Sobhika Agarwala und ihre Kolleginnen und Kollegen von der University of California in San Diego haben einen neuen Ansatz entwickelt, um hierfür eine Lösung zu finden. Das Team hat verschiedene bildgebende Verfahren miteinander kombiniert, um hochauflösende 3D-Bilder zu erhalten und Blutstammzellen im Knochenmark von Zebrafischlarven zu untersuchen. Nach sechs Jahren war es dann so weit! Mit dieser Methode ist es der Wissenschaftlerin und ihrem Team gelungen, neue Zelltypen zu entdecken, wie zum Beispiel Ganglienzellen, die den Neurotransmitter Dopamin produzieren. Die Modifikation dieser Zellen wirkte sich darauf aus, wie sich die Blutstammzellen in der Nische ansiedelten. Durch die genaue Ortung einzelner Stammzellen und der sie umgebenden Zellen wurde ein bis dato unbekannter Zelltyp entdeckt, der mit den Blutstammzellen interagiert und potenzielle therapeutische Fortschritte bei Blutkrankheiten und Krebs ermöglicht. Die in der Fachzeitschrift eLife veröffentlichte Studie zeigt, dass das Zebrafisch-Modell eine vielversprechende Methode ist, um seltene Stammzellen in lebendem Gewebe zu untersuchen. Auf diese Weise lassen sich neue Erkenntnisse gewinnen, die bei Untersuchungen an Nagetieren bisher nicht möglich waren.

Um die komplexen Wechselbeziehungen innerhalb der sehr unterschiedlichen Stammzellnischen zu verstehen, bedarf es jedoch weiterer Forschung. Die neuen Erkenntnisse über die Regulierung von Blutstammzellen durch Neurotransmitter eröffnen neue therapeutische Möglichkeiten zur Behandlung von Blutkrankheiten. Die von Sobhika Agarwala und ihrem Team angewandten Techniken können nicht nur genutzt werden, um Blutkrankheiten zu diagnostizieren, sondern auch, um die Dynamik seltener Zellen in verschiedenen Organen und Tumorumgebungen zu erforschen, was wiederum Einblicke im Nanometerbereich ermöglicht.

Autoren: Christopher Cederroth, Jessica Lampe & Robbie I’Anson Price, Swiss 3R Competence Centre

Referenz: Agarwala S, Kim KY, et al. (2022) Defining the ultrastructure of the hematopoietic stem cell niche by correlative light and electron microscopy. eLife. 11:e64835. https://doi.org/10.7554/eLife.64835.