Magnetisierung verbessert die Fähigkeit von Stammzellen in der Therapie der Silikose

Die Ergebnisse einer kürzlich veröffentlichten Studie könnten einen Weg zur Heilung der Silikose aufzeigen, von der weltweit Millionen von Arbeitnehmern betroffen sind.

Eine Silikose entsteht durch jahrelanges Einatmen von Staubmikropartikeln aus Kieselsäure durch Arbeiter im Bauwesen und Berufen, in denen das Verfahren des Sandstrahlens zum Einsatz kommt. Die Partikel können schließlich zu Entzündungen und Vernarbungen im Lungengewebe führen, was wiederum die Atmung erschwert und zum Tod führen kann.

Derzeit gibt es keine Heilung für die Silikose – ist die Schädigung einmal aufgetreten, kann sie nicht mehr rückgängig gemacht werden. Die Behandlung konzentriert sich auf die Linderung der Symptome und die Verlangsamung des Krankheitsprogresses. Indessen suchen Mediziner nach einer dauerhaften Lösung.

Zu den vielversprechenderen potenziellen Therapien gehören mesenchymale Stammzellen (MSC), die abhängig von den Bedingungen der Kultur, in der sie gezüchtet werden, so programmiert werden können, dass sie zu einer Vielzahl von Zelltypen heranwachsen. Es gibt Überlegungen, ob MSC in der Lage sein könnten, neue Lungenzellen zu regenerieren, um die durch die Kieselsäure geschädigten zu ersetzen, und somit schlussendlich zur Heilung zu führen.

Im Fall der Silikose wurden MSC jedoch mehr wegen ihrer entzündungshemmenden Wirkung Aufmerksamkeit zuteil. Durch die Minimierung der durch Silikapartikel verursachten Lungenentzündung wird mit einer MSC-Therapie möglicherweise die Narbenbildung und der Verlust der Lungenfunktion gemindert. In Bezug auf ihre Wirksamkeit in klinischen Studien waren die Ergebnisse jedoch bestenfalls bescheiden.

„Die Gründe dafür bleiben unklar, aber eine Theorie besagt, dass MSC zwar nach der Verabreichung zunächst in den engen Lungenkapillaren eingeschlossen sind, aber innerhalb von etwa 24 Stunden die Lunge wieder verlassen. Diese frühe Clearance kann erklären, warum die Wirkung der MSC häufig nur kurz ist oder nicht ausreichend, um eine Verbesserung der geschädigten Lunge herbeizuführen“, berichtet Dr. Patricia Rocco. Sie und Dr. Fernanda F. Cruz-  beide vom Labor für Lungenforschung an der Universidade Federal in Rio de Janeiro (Brasilien) – sind Seniorautorinnen der angesprochenen Veröffentlichung.

Das Ziel ihrer Untersuchung bestand darin, einen Weg zu finden, um die MSC lange genug in der Lunge zu halten, um einen Nutzen zu erzielen. Insbesondere wollten die Forscher herausfinden, ob ein magnetisches Targeting – ein Verfahren, von dem bereits gezeigt wurde, dass es das Homing und die Retention von Stammzellen in anderen Arten von Zielgeweben verbessert – die Ergebnisse bei mit MSC behandelten silikotischen Mäusen verbessern könnte.

Die Arbeitsgruppe magnetisierte zunächst MSC aus Mäusen mit superparamagnetischen Nanopartikeln, die aus einem mit Citrat-Anionen beschichteten Eisenoxidkern (Maghemit) bestehen. „Solche Nanopartikel wurden bereits in der gezielten Arzneimitteltherapie untersucht und haben als Hauptvorteile eine geringe Toxizität für  die Empfängerzellen und eine leichte Magnetisierung. Das heißt, MSC nehmen solche Partikel nach einer 24-stündigen Inkubationszeit spontan auf“, sagt Erstautorin Luisa Silva. Als nächstes wurden die 24 Mäuse in der Studie zunächst in eine Kontrollgruppe von sechs und eine weitere Gruppe von 18 Mäusen unterteilt, bei denen eine Silikose induziert wurde. Fünfzehn Tage später wurden die silikotischen Mäuse weiter in drei gleiche Gruppen randomisiert. Eine dieser Gruppen erhielt intravenöse Kochsalzlösung, während die zweite mit magnetisierten MSC behandelt wurde. In der dritten Gruppe erfolgte eine Behandlung mit magnetisierten MSC, wobei bei jedem Tier unmittelbar nach der MSC-Injektion ein Paar Magnete mit einem Klebeband an der Brust befestigt wurde. Die Magnete wurden 48 Stunden an Ort und Stelle belassen.

„Nach dem Entfernen der Magnete untersuchten wir alle Tiere in allen Gruppen und stellten fest, dass diejenigen, denen Magnete implantiert wurden, eine signifikant größere Menge magnetisierter MSC in der  Lunge hatten“, berichtet Cruz.

Im zweiten Schritt der Studie analysierte das Team die Auswirkungen des magnetischen Targetings im Vergleich zur Behandlung mit nicht magnetisierten MSC. Sieben Tage nach Entfernen der Magnete wurden die Tiere untersucht. Diejenigen, die mit magnetisierten MSC plus Magneten behandelt worden waren, zeigten eine signifikante Verringerung der statischen Lungenelastanz, des Widerstandes und des Granulombereiches – alles Anzeichen einer Lungenverbesserung. Bei den Mäusen in den anderen Gruppen war dies nicht der Fall.

„Dies zeigt uns, dass das magnetische Targeting eine vielversprechende Strategie zur Verbesserung der vorteilhaften Wirkungen von MSC-basierten Zelltherapien gegen Silikose und andere chronische Lungenerkrankungen sein kann“, so Rocco.

„Berufskrankheiten, die durch das Einatmen mikroskopisch kleiner Staubpartikel verursacht werden, können irreversible Lungenschäden verursachen“, ergänzt Dr. Anthony Atala, Chefredakteur der Zeitschrift „Stem Cells Translational Medicine“, in der die Arbeit veröffentlicht wurde, und Direktor des Wake Forest Institute für Regenerative Medizin. „Durch die Verwendung von magnetischem Targeting konnten Stammzellen im Bereich der Schädigung länger zurückgehalten werden. Dies führte zu einer schnelleren Genesung und einer verringerten Narbenbildung, was das Potenzial dieser vielversprechenden Therapiestrategie unterstreicht.“

(ac)