BioNanoHSZ

Dr. Cornelia Lee-Thedieck ist mit dem Projekt BioNanoHSZ im BMBF-Nachwuchswettbewerb NanoMatFutur auf der Grundlage des Rahmenprogramms "Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft – WING“ erfolgreich. Der Auf- und Ausbau ihrer Nachwuchsgruppe wird mit insgesamt 1,88 Mio Euro gefördert (FKZ: 13N12968). Das Akronym BioNanoHSZ steht für „Biomimetische Nanostrukturierte Materialien für die Kultivierung Hämatopoetischer Stammzellen“.

Die Stammzellen des Blutes, die so genannten „hämatopoetischen Stammzellen“, befinden sich im Knochenmark und versorgen uns ein Leben lang mit frischen Blutzellen wie roten Blutkörperchen. Ist das Blutsystem erkrankt wie im Falle von Leukämie können Ärzte seit den 1960er Jahren das erkrankte Blutsystem durch ein gesundes ersetzen, indem sie die Stammzellen eines gesunden Spenders transplantieren, der Knochenmark oder Stammzellen gespendet hat. Zukünftig könnten diese Zellen auch zur Behandlung von Herzinfarktpatienten genutzt werden – einer der Haupttodesursachen in Deutschland.

Abbildung 1: Die Stammzellen des Blutes. Hämatopoetische Stammzellen versorgen uns ein Leben lang mit frischen Blut-zellen. Sie werden seit Jahrzehn-ten zur Therapie von beispiels-weise Leukämiepatienten einge-setzt und sind viel versprechend für die Behandlung von Herz-infarktpatienten.

Eine elegante Lösung um den Bedarf aller Patienten zu decken, die von einer Behandlung mit hämatopoetischen Stammzellen profitieren würden, wäre die Vermehrung dieser Stammzellen im Labor. Dies ist mit heutigen Methoden nicht möglich. Die einzige heute bekannte Umgebung, in der eine Vermehrung möglich ist, ist die natürliche Umgebung der Stammzellen im Körper – ihre Nische im Knochenmark. Diese ist in einzigartiger Weise für ihre stammzellerhaltende Funktion spezialisiert. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse zeigen, dass die Materialeigenschaften der Umgebung wie die Steifigkeit oder die Strukturierung bis in den Bereich von Nanometern (also von Milliardstel Metern) Zellen entscheidend beeinflussen. Aus diesem Grund soll im Rahmen des Forschungsprojektes BioNanoHSZ erforscht werden, wie Stammzellen mit innovativen nanostrukturierten Materialien wechselwirken. Auf diesen Erkenntnissen aufbauend werden neue Materialien mit einstellbaren Materialeigenschaften entwickelt, die die natürliche Umgebung der Stammzellen nachahmen. Mit Hilfe dieser künstlich geschaffenen Stammzellnischen soll das Ziel einer Vermehrung hämatopoetischer Stammzellen erreicht werden. Das Erreichen dieses Ziels hätte weitreichende positive Konsequenzen für die Behandlung zehntausender Patienten.

Abbildung 2. Prinzip des Projekts BioNanoHSZ.