Mechanische Stimulation von Stammzellen durch Nanoroboter zur Gewebezüchtung
Mechanische Stimulation von Stammzellen durch Nanoroboter zur Gewebezüchtung
Die gezielte Differenzierung von Stammzellen in spezifische Gewebezellen stellt einen zentralen Ansatz der regenerativen Medizin dar. An der Technischen Universität München wurde eine neuartige Methode entwickelt, bei der Stammzellen mechanisch stimuliert werden, um die Ausbildung von Knochenzellen zu fördern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren, die auf biochemische Signale zur Aktivierung der genetischen Programme der Zellen setzen, nutzen die Forschenden hier nanotechnologische Werkzeuge, um physikalischen Druck auszuüben.
Die verwendeten Nanoroboter bestehen aus winzigen Goldstäbchen, die an polymeren Fäden befestigt sind und eine Länge im Nanometerbereich aufweisen. Diese Roboter üben eine definierte Kraft von etwa 34 Nano-Newton auf die Zellmembranen aus, wodurch molekulare Prozesse in den Stammzellen angeregt werden. Zur praktischen Umsetzung werden die Nanoroboter in sogenannte Gelkissen eingebettet, die jeweils einen Durchmesser von 0,06 Millimetern besitzen und wenige Stammzellen enthalten. Durch periodische Bestrahlung mit Laserlicht erwärmen sich die Goldstäbchen, ziehen die Polymere zusammen und übertragen mechanischen Druck auf die Zellen. Unter dem Mikroskop zeigt sich eine regelmäßige Kompression der Stammzellen, die nach etwa drei Wochen zur Differenzierung in Knochenzellen führt.
Diese Methode bietet den Vorteil, dass die Gelkissen zugleich als Transportmedium dienen könnten. Denkbar ist, dass die Kissen künftig direkt an den Ort des geschädigten Gewebes appliziert werden, wo die mechanische Stimulation die Differenzierung der Stammzellen in situ unterstützt. Derzeit ist die Technik auf Laborbedingungen beschränkt und erfolgreich nur bei der Produktion von Knochenzellen erprobt. Langfristig wird angestrebt, auch andere Zelltypen wie Herzzellen zu generieren, was die klinische Anwendung in der regenerativen Medizin ermöglichen könnte.
Die mechanische Stimulation von Stammzellen könnte zudem komplementär zu bestehenden biochemischen Verfahren wirken. Durch die Kombination beider Methoden ließe sich die Spezialisierung der Zellen präziser steuern und die Fehlerrate während der Differenzierung reduzieren. Insbesondere bei der Regeneration von geschädigtem Gewebe, beispielsweise nach Herzinfarkten oder durch Tumorerkrankungen geschädigtem Knochengewebe, könnten solche Ansätze die therapeutischen Möglichkeiten erheblich erweitern.
Darüber hinaus werden Stammzellen auch zur Behandlung anderer Erkrankungen untersucht, wie etwa Typ-1-Diabetes. Hierbei werden die Zellen biochemisch zu Bauchspeicheldrüsenzellen differenziert und in Patienten transplantiert. Eine zusätzliche mechanische Stimulation könnte die Effizienz und Funktionalität dieser Zellen weiter steigern. Insgesamt eröffnet die Kombination von nanotechnologischer Mechanostimulation und klassischen biochemischen Methoden neue Perspektiven für die kontrollierte Differenzierung von Stammzellen und die regenerative Medizin.
Primärquellen
- Nano-Roboter stimulieren Stammzellen | Tagesschau.de, 2. Dezember 2025. Abgerufen am 4. Dezember 2025.