#Zuchterfolg bei Labor-Muskeln

Forschern ist ein wichtiger Fortschritt auf dem Weg zu neuen Muskelschwund-Therapien und Fleischproduktion ohne Tierleid gelungen: Sie präsentieren eine innovative Methode zur Massen-Zucht von Muskelgewebe im Labor. Dabei ist die Verwandlung von Bindegewebezellen zu Muskel-Stammzellen ohne Gentechnik möglich. Stattdessen sorgt ein Verfahren für die Transformation, das auch bei Covid-mRNA-Impfstoffen eingesetzt wird, berichten die Wissenschaftler.

Sie bringen unseren Körper in vielfältiger Weise in Gang: Wenn Muskeln übermäßig schwinden oder durch bestimmte Erkrankungen massiv abgebaut werden, drohen Behinderungen bis hin zur Lebensgefahr. Um beim Aufbau von Muskelmasse in diesen Fällen nachhelfen zu können, loten Forscher bereits seit einiger Zeit Möglichkeiten aus, Muskeln oder Muskel-Stammzellen im Labor zu züchten. Die Vision ist dabei: Gewonnenes Gewebe könnte in der Chirurgie verwendet werden oder die Muskeln bildenden Einheiten könnten Menschen mit bestimmten Erkrankungen verabreicht werden. Neben diesen medizinischen Anwendungsmöglichkeiten hat das Verfahren allerdings auch ein anderes interessantes Potenzial: Es könnte Fleisch liefern, für das keine Tiere geschlachtet werden müssen.

Prinzipiell funktioniert die Muskel-Zucht im Labor bereits: Das Ausgangsmaterial bilden dabei Bindegewebezellen, denn sie führen letztlich zu mehr Muskelmasse als wenn das Material von Muskel-Biopsien verwendet wird. Um das Zielgewebe hervorzubringen, werden die Bindegewebezellen bisher durch Gentechnik sowie einen Cocktail aus Wirkstoffen und Proteinen umprogrammiert. Ein zentraler Faktor ist dabei das Protein MyoD. Es handelt sich um einen sogenannten Transkriptionsfaktor, der die Aktivität von bestimmten Genen reguliert, die zur Verwandlung in Muskel-Stammzellen führen.

Gewebezucht ohne Gentechnik

Um den Prozess künstlich auszulösen, muss in den Bindegewebezellen mehrere Tage lang MyoD hergestellt werden. Bisher wird dies durch Veränderungen des Erbguts der Zellen erreicht: Durch gentechnische Verfahren wird die Bauanleitung zur Produktion von MyoD ins Erbgut eingefügt. Doch derartige Verfahren sind bekanntlich problematisch. Denn damit handelt es sich um gentechnisch veränderte Zellen und das entstehende Muskelmaterial ist ebenfalls von den Manipulationen geprägt.

An diesem kritischen Aspekt setzt nun das neue Verfahren des Forscherteams von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) an. Für die Bereitstellung des genetischen Materials zur Herstellung von MyoD in den Bindegewebezellen ließen sich die Wissenschaftler von den Covid-mRNA-Impfstoffen inspirieren. Dabei werden die Bauanleitungen für immunstimulierende Proteine in Zellen eingeschleust, ohne dass das Erbgut verändert wird. Entsprechend haben die Forscher nun das Verfahren genutzt, um statt der DNA-Sequenz von MyoD die mRNA-Abschrift dieser Bauanleitung in die Zellen einzuschleusen. Das Genom der Zellen bleibt dadurch unverändert, weshalb auch damit verbundene negative Folgen ausbleiben. Dennoch sind die behandelten Bindegewebezellen dank der mRNA in der Lage, das Protein MyoD in ausreichender Menge herzustellen. In Kombination mit weiteren angepassten Komponenten des Verfahrens können sie sich so erfolgreich in Muskel-Stammzellen und -fasern verwandeln, berichten die Forscher.

Potenzial für Therapien und alternative Fleischproduktion

Sie konnten auch bereits dokumentieren, dass die auf diese Weise hergestellten Muskelzellen funktionsfähig sind. Das Team erzeugte dazu Muskel-Stammzellen von Mäusen. Sie wurden dann bei Modelltieren eingesetzt, die an der Duchenne-Muskeldystrophie litten. Beim Menschen führt diese Erbkrankheit zu fortschreitendem Muskelschwund und Lähmungen. Wie das Team berichtet, zeigte sich nach der Injektion der Muskel-Stammzellen in die Muskeln der Duchenne-Mäuse: Sie bildeten dort funktionstüchtige Muskelfasern aus. Dieser Erfolg macht damit nun Hoffnung auf neue Therapiemöglichkeiten: „Eine solche Muskelstammzell-Transplantation könnte vor allem für Duchenne-Patienten in einem fortgeschrittenen Stadium interessant sein, die schon stark von Muskelschwund betroffen sind“, sagt Co-Erstautorin Inseon Kim von der ETH.

Doch bis dahin ist nun weitere Entwicklungsarbeit nötig, betonen die Forscher: Vor allem müssen sie ihren Ansatz nun auf menschliche Zellen übertragen. Außerdem wollen sie einer weiteren interessanten Perspektive nachgehen: „Wir wollen untersuchen, ob sich Bindegewebezellen direkt im Körper in Muskelzellen verwandeln lassen, indem wir die MyoD-mRNA und die weiteren Cocktail-Komponenten Mäusen injizieren, die von einer Muskelkrankheit betroffen sind“, sagt Senior-Autor Ori Bar-Nur von der ETH. Auch diese Strategie könnte somit Menschen mit Muskelerkrankungen zugutekommen.

Dem Potenzial der Methode für die Produktion von Fleisch ohne Tierleid wollen sich die Forscher ebenfalls widmen: Konkret sollen die neuen Möglichkeiten nun in die Kultivierung von Rinder-Zellen im Labor einfließen.

Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Fachartikel: Nature, NPJ Regenerative Medicine doi: 10.1038/s41536-023-00317-zcall_made

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