Studie: Forscher konnten Hautzellen um 30 Jahre verjüngen

Beim Thema Haut wünschen sich viele Menschen, dass man die Zeit zurückdrehen könnte. Genau das scheint einem Team von Wissenschaftern und Wissenschafterinnen nun gelungen zu sein. Diese haben eine neue Technik zur Verjüngung von Hautzellen entwickelt, die jetzt im Fachmagazin eLife erschienen ist. Sie führt dazu, dass die biologische Uhr der Zellen nach molekularen Maßstäben um etwa 30 Jahre zurückgedreht werden kann.

Die verjüngten Zellen zeigten in Experimenten am Babraham-Institut, einer Forschungseinrichtung für Biowissenschaften, bei der Simulierung einer Hautwunde Anzeichen, sich wie jugendliche Zellen zu verhalten. Für den Einsatz im Anti-Aging-Bereich sind die Erkentnisse derzeit allerdings noch nicht vorgesehen - jedoch sollen sie mit fortschreitender Untersuchung die regenerative Medizin revolutionieren.

Beim "Zeitsprung" von menschlichen Zellen ist es den Forschern und Forscherinnen gelungen, die Funktion älterer Zellen teilweise wiederherzustellen. Die Funktionsfähigkeit dieser nimmt mit zunehmendem Alter ab. Die Regenerationsbiologie zielt darauf ab, Zellen zu reparieren oder zu ersetzen - auch alte Zellen.

Kollagenproduktion in umprogrammierten Zellen

Eines der wichtigsten Instrumente der Regenerationsbiologie ist die Fähigkeit, "induzierte" Stammzellen zu erzeugen. Dieser Prozess ist das Ergebnis mehrerer Schritte, bei denen jeweils einige der Merkmale gelöscht werden, die die Zellen spezialisiert haben. Theoretisch haben diese Stammzellen das Potenzial, sich in jeden Zelltyp zu verwandeln, aber die Wissenschaft ist noch nicht in der Lage, die Bedingungen für die Neudifferenzierung von Stammzellen in alle Zelltypen zuverlässig zu schaffen.

Die neue Methode, die auf der mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Technik zur Herstellung von Stammzellen basiert, umgeht das Problem der vollständigen Löschung der Zellidentität, indem sie die Reprogrammierung bei einem Teil des Prozesses anhält. Auf diese Weise konnten die Forscher und Forscherinnen ein genaues Gleichgewicht zwischen der Reprogrammierung der Zellen und ihrer biologischen Verjüngung bei gleichzeitiger Wiederherstellung ihrer spezialisierten Zellfunktionen finden.

Shinya Yamanaka war 2007 der erste Wissenschaftler, dem es gelang, normale Zellen, die eine bestimmte Funktion haben, in Stammzellen zu verwandeln, die die besondere Fähigkeit haben, sich in jeden Zelltyp zu entwickeln. Der gesamte Prozess der Reprogrammierung von Stammzellen dauert etwa 50 Tage und erfordert vier Schlüsselmoleküle, die so genannten Yamanaka-Faktoren. Bei der neuen Methode, der so genannten transienten Reprogrammierung in der Reifungsphase, werden die Zellen den Yamanaka-Faktoren nur 13 Tage lang ausgesetzt.

Zu diesem Zeitpunkt sind die altersbedingten Veränderungen beseitigt und die Zellen haben vorübergehend ihre Identität verloren. Die teilweise umprogrammierten Zellen wurden unter normalen Bedingungen wachsen gelassen, um zu beobachten, ob ihre spezifische Hautzellfunktion zurückkehrte. Die Genomanalyse zeigte, dass die Zellen die für Hautzellen (Fibroblasten) charakteristischen Marker wiedererlangt hatten, und dies wurde durch die Beobachtung der Kollagenproduktion in den umprogrammierten Zellen bestätigt.

Alter ist nicht nur eine Zahl

Um zu zeigen, dass die Zellen verjüngt worden waren, untersuchten die Forscher die Veränderungen bei den Merkmalen des Alterns. Diljeet Gill, der die Arbeit als Doktorand durchführte, erklärt dazu: "Unser Verständnis des Alterns auf molekularer Ebene hat sich in den letzten zehn Jahren weiterentwickelt und zu Techniken geführt, mit denen Forscher altersbedingte biologische Veränderungen in menschlichen Zellen messen können. Wir konnten dies auf unser Experiment anwenden, um das Ausmaß der Reprogrammierung zu bestimmen, das unsere neue Methode erreicht hat."

Die möglichen Anwendungen dieser Technik hängen davon ab, dass die Zellen nicht nur jünger aussehen, sondern auch wie junge Zellen funktionieren. Fibroblasten produzieren Kollagen. Es handelt sich hierbei um Moleküle, die in Knochen, Haut, Sehnen und Bändern vorkommen und dazu beitragen, dem Gewebe Struktur zu verleihen und Wunden zu heilen. In der Kosmetikbranche wird gerne mit Kollagen-haltigen Gesichtscremen geworben, die gegen Falten wirken sollen.

In Zukunft könnte die Forschung auch andere therapeutische Möglichkeiten eröffnen: Die Forscher beobachteten, dass ihre Methode auch Auswirkungen auf andere Gene hatte, die mit altersbedingten Krankheiten und Symptomen in Verbindung stehen. Das APBA2-Gen, das mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht wird, und das MAF-Gen, das bei der Entstehung des Grauen Stars eine Rolle spielt, zeigten beide Veränderungen in Richtung jugendlicher Transkription.

Der Mechanismus, der hinter der erfolgreichen vorübergehenden Umprogrammierung steht, ist noch nicht vollständig geklärt und stellt das nächste Puzzleteil dar, das es zu erforschen gilt. Die Forscher vermuten, dass Schlüsselbereiche des Genoms, die an der Gestaltung der Zellidentität beteiligt sind, dem Reprogrammierungsprozess entgehen könnten.