Case Study University Rochester

Das Zentrum für muskuloskelettale Forschung an der University of Rochester in New York arbeitet an der Knochen- und Frakturheilung mittels  mesenchymaler Stammzellforschung.

Die Lebenserwartung der Menschen weltweit steigt. Allein in den vergangenen 130 Jahren hat sich die Lebenserwartung mehr als verdoppelt. Mit dem demografischen Wandel und einer Bevölkerung, die auch mit zunehmendem Alter noch aktiv und mobil ist, nimmt ebenso die Häufigkeit muskuloskelettaler Erkrankungen zu. Chronische Rückenschmerzen, Gelenkverschleiß, degenerative Veränderungen der Gelenke oder Hüftfrakturen
und Knochenbrüche - die Behandlung von Krankheiten und Verletzungen stellt die muskuloskelettale Forschung vor große Herausforderungen. Das Zentrum für muskuloskelettale Forschung an der University of Rochester School of Medicine and Dentistry in New York (URMC) hat sich auf die  multidisziplinäre, umfassende Forschung zur Verbesserung der muskuloskelettalen Gesundheit spezialisiert.

Das Zentrum besteht aus verschiedenen fakultätsübergreifenden Abteilungen, darunter Orthopädie und Rehabilitation, Pathologie und Labormedizin, Biomedizinische Technik und Medizin (Rheumatologie und Endokrinologie). Dieses umfassende und ineinander übergreifende Konzept bietet eine breite Palette an Forschungskompetenz. Genetische Pfade, die für die Skelettentwicklung verantwortlich sind, skelettale Regenerationsmechanismen, zellbiologische Ansätze zur Wiederherstellungvon Knorpel-, Knochen- und Bindegewebe, medizinische Probleme mit komplexen Frakturen und künstlichen Gelenken: die Wissenschaftler versuchen, die Mysterien der muskuloskelettalen Gesundheit zu enträtseln und die gewonnenen Erkenntnisse für neue Therapiemöglichkeiten am Patienten einzusetzen. Ein großer Teil dieses Erfolgs in der Forschung basiert auf der  programmatischen Gestaltung des Zentrums. Mehr als 24 Fakultätsmitglieder haben individuelle Labore, die über 75 Wissenschaftler mit gemeinsamen Forschungsinteressen unterstützen.

Gemeinsame Forschungsanstrengungen konzentrierten sich auf sechs verschiedene Forschungsprogramme: Knochenbiologie und -krankheit,  Knorpelbiologie und Arthritis, muskuloskelettale Stammzellbiologie, muskuloskelettale Reparatur und Instandhaltung, muskuloskelettale  Entwicklung und Knochenkrebs- Biologie. Gerade die Stammzellforschung bietet hier ungeahnte Möglichkeiten. Denn bei Verletzungen und Gewebsdefekten tragen Stammzellen einen wesentlichen Teil zur Selbstheilung bei. Aus dem angrenzenden Gewebe können sie in den  beschädigten Bereich „einwandern“ und sich dort vermehren. Das Forschungsprogramm für muskuloskelettale Stammzellbiologie der URCM  umfasst ein breites Anwendungsspektrum. Es geht darum, die Entwicklung und Regulation verschiedener Arten von muskuloskelettalen  Stammzellen zu durchleuchten und die Prozesse, die der Fähigkeit der Stammzellen zu Vermehrung, Selbsterneuerung, Erhaltung und  Differenzierung zugrunde liegen, zu erforschen.

Dazu gehören mesenchymale Stammzellen, die Knorpel-, Knochen-, Fett- und Bindegewebe hervorbringen, hämatopoetische Stammzellen,
also blutbildende Stammzellen, die sich im Knochenmark und im Nabelschnurblut befinden und Skelettmuskelstammzellen, die für das Skelettmuskelwachstum und die Regeneration erforderlich sind. Die Stammzellen werden invitro kultiviert. Für diesen Vorgang kommen im Zentrum für muskuloskelettale Forschung CO2-Inkubatoren der Serie CB von BINDER zum Einsatz. Dabei ist es wichtig, den Zellen ihre natürlichen Bedingungen schaffen zu können. Liegt der normale Sauerstoffgehalt der Luft bei rund 21 Prozent, liegt er im Gewebe bei den meisten Zelltypen hingegen im unteren Bereich, zwischen einem bis fünf Prozent. „Für uns ist die Sauerstoffregelung des Gerätes enorm wichtig, weil unsere Zellen unter ihren physiologischen Bedingungen inkubiert werden müssen, um valide Ergebnisse zu erhalten“, erklärt Brianna Shares. „Die CO2- Inkubatoren von BINDER halten die eingegebenen Werte präzise und absolut zuverlässig“, sagt Roman Eliseev, MD, PhD, Prinicipal Investigator.
Durch die Sauerstoffregelung werden hypoxische Bedingungen geschaffen – die Sauerstoffkonzentration im Innenraum des Inkubators wird reduziert und die Zellen unter ihrem physiologischen O2-Partialdruck inkubiert. Im Nachgang werden die kultivierten Zellen analysiert und/oder in weiterführenden Experimenten, wie beispielsweise Transfektion (das Einbringen von Fremd-DNA oder -RNA), eingesetzt.

Bei der Arbeit mit den wertvollen Zellkulturen sind keimfreie Bedingungen und maximale Sicherheit von höchster Wichtigkeit. „Die CO2-Inkubatoren von BINDER verfügen über ein hochwirksames Dekontaminationskonzept, die Gefahr potentieller externe Kontaminationen ist durch die  Autosterilisation nahezu nichtexistent“, sagt Brianna Share abschließend.