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Mittwoch, 07.12.2016
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Menschliches Stimmband im Labor gezüchtet

Gezüchtetes Gewebe funktioniert genauso gut wie sein natürliches Vorbild

Hoffnung für Stimmgeschädigte: Forschern ist es gelungen, funktionsfähige menschliche Stimmbänder im Labor zu züchten. Diese aus einzelnen Zellen erzeugten Gewebe sind genauso elastisch und stabil wie natürliche Stimmbänder. Noch wichtiger aber: Sie schwingen im Luftstrom und erzeugen die gleichen Laute. Solche Stimmbänder könnten künftig helfen, Menschen mit Stimmbandschäden ihre Stimme zurückzugeben, berichten die Forscher im Fachmagazin "Science Translational Medicine".
Menschliche Stimmlippen in Aktion

Menschliche Stimmlippen in Aktion

Die Stimme ist eines unserer wichtigsten Methoden der Kommunikation: Mit ihr sprechen wir, vermitteln unsere Gefühle und verraten sogar einiges über uns und unsere Persönlichkeit. Damit das funktioniert, hat die Natur ein komplexes, fein abgestimmtes System entwickelt: "Unsere Stimmbänder bestehen aus einem speziellen Gewebe, das flexibel genug ist um zu schwingen, aber trotzdem stabil genug, um hunderte Male pro Sekunden gegeneinander zu schlagen", erklärt Nathan Welham von der University of Wisconsin.

Wenn wir wegen einer Erkältung oder einer Überbeanspruchung der Stimme heiser sind, ist das nicht weiter dramatisch: Diese vorübergehende Reizung der Stimmbänder verheilt meist folgenlos. Anders ist dies, wenn Knötchen, Krebswucherungen oder eine andere Erkrankung die Stimmbänder dauerhaft beschädigen. Die daraus resultierende Stimmlosigkeit lässt sich meist nicht rückgängig machen. Helfen würde hier oft nur der Austausch des beschädigten Stimmbands durch ein Ersatzorgan.

Gerüst bringt Zellmasse in Form


Welham und seine Kollegen haben daher nach einer Methode gesucht, um neue Stimmbänder aus einzelnen Zellen des Stimmbandgewebes und der Stimmbandschleimhaut neu zu züchten. Sie entnahmen dafür Vorläuferzellen dieser beiden Gewebe aus Stimmbändern, die vier Patienten zuvor operativ entfernt werden mussten. Diese Zellen kultivierten sie auf einem dreidimensionalen Gerüst aus Kollagen, das von Nährlösung umspült wurde. Das Gerüst gab den Zellen damit die passende Stimmbandform vor.


Und tatsächlich: Nach zwei Wochen war auf dem Gerüst ein stimmbandähnliches Gewebe gewachsen, wie die Forscher berichten. Es bestand wie das natürliche Vorbild aus einem flexiblen, aber stabilen Bindegewebe, das von Epithelzellen überzogen war. Auch Genaktivität und die im Gewebe vorhandenen Proteine entsprachen relativ gut dem natürlichen Vorbild, wie die Forscher berichten.

Schwingt und tönt wie ein natürliches Stimmband


Aber konnten die im Labor gezüchteten Stimmbänder auch schwingen und Laute erzeugen? Um das herauszufinden, pflanzten die Wissenschaftler die Stimmbänder in den herausoperierten Kehlkopf von Hunden ein. Zum Vergleich blieb auf einer Seite das Hundestimmband stehen, auf die andere kam das im Labor gezüchtete. Anschließend ließen sie angewärmte, feuchte Luft durch die Stimmlippen strömen und analysierten das Verhalten der Stimmbänder sowohl akustisch als auch per Highspeed-Kamera.

Das Ergebnis: "Die aerodynamische, akustische und schwingungsmechanische Leistung der gezüchteten Stimmbänder entsprach der von natürlich gewachsenen", berichten Welham und seine Kollegen. Das eingepflanzte Gewebe erzeugte problemlos verschiedenste Laute und bewegte sich dabei genauso wie das benachbarte Vergleichs-Stimmband. "Ihr Verhalten war im Prinzip nicht voneinander zu unterscheiden", so die Forscher.

Und noch etwas Wichtiges zeigte sich: Die im Labor gezüchteten Stimmbänder scheinen von lebendem Gewebe nicht abgestoßen zu werden. Als die Forscher die Stimmbänder lebenden Mäusen einpflanzten, die per Genmanipulation ein menschenähnliches Immunsystem besaßen, erfolgte keine Abstoßungsreaktion. "Es scheint so, als wenn das Stimmbandgewebe ähnlich immunprivilegiert ist wie die Hornhaut des Auges: Es löst keine Abwehrreaktion aus", erklärt Welham.

"Das hätten wir uns nicht träumen lassen"


Nach Ansicht der Forscher ist damit ein wichtiger erster Schritt hin zu einer neuen Therapie für Stimmband-Geschädigte gelungen. "Am Anfang hätten wir uns nie träumen lassen, dass dies so eindrucksvoll funktionieren würde", sagt Welham. "Und auch nicht, dass dieses gezüchtete Gewebe, erzeugt aus menschlichen Stimmbandzellen, ein so starkes Potenzial zu einer Therapie haben würde."

Noch wird es mehrere Jahre dauern, bis Patienten tatsächlich solche gezüchteten Stimmbänder transplantiert bekommen können. Denn es muss unter anderem getestet werden, wie lange solche Stimmbänder halten und ob sie auch im menschlichen Kehlkopf sauber arbeiten. Trotzdem sind die Forscher zuversichtlich, mit ihrem Experiment eine wichtige Voraussetzung dafür geschaffen zu haben. (Science Translational Medicine, 2015; doi: 10.1126/scitranslmed.aab4014)
(University of Wisconsin-Madison, 19.11.2015 - NPO)
 
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