Das menschliche Knochenmark ist ein komplexes Organ, das für die Selbsterneuerung und Differenzierung von an der Bildung von Blutzellen beteiligten (hämatopoetischen) Vorläuferzellen in verschiedene Linien von Blutzellen entscheidend ist. Störungen dieses hämatopoetischen Systems können zahlreiche Krankheiten verursachen.

Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) sind große granulierte Lymphozyten (weiße Blutkörperchen), welche bei virusinfizierten Zellen sowie Krebszellen einen programmierten Zelltod (Apoptose) auszulösen können. Sie gehören zur ersten Verteidigungslinie des angeborenen Immunsystems gegen eine Vielzahl von Krankheitserregern und sich entwickelnden Tumorzellen. NK-Zellen entwickeln sich aus lymphatischen Vorläuferzellen im Knochenmark.

Das Forscherteam unter der Leitung von Dr. Moran Grossman, stellvertretende Direktorin von Teva Pharmaceutical Industries Ltd., in Netanya, Israel, in Kooperation mit der TissUse GmbH Berlin, rekonstruierte das menschliche Knochenmark, indem es humane hämatopoetische Stammzellen sowie lymphatische Vorläuferzellen mit mesenchymalen Stromazellen in einem mikrofluidischen Chip kultivierte. Die Differenzierung von NK-Zellen wurde durch ein bestimmtes Anbaumedium ausgelöst.

Mit ihrem Modell war das Forscherteam in der Lage, innerhalb von 28 Tagen Kulturzeit die Differenzierung aller Entwicklungsstadien von NK-Zellen nachzuvollziehen. Zusätzlich zu den NK-Zellen entwickelten sich auch Granulozyten, Monozyten und dendritische Zellen.

Die differenzierten NK-Zellen konnten nach Stimulation der Cytokinproduktion mit dem Stimulanzreagens Phorbol 12-myristate 13-acetat (PMA) und Ionomycin, ein Stoff, der einen schnellen und kontrollierten Anstiegt des intrazellulären Kalziums auslöst, aktiviert werden, was auf die Funktionalität der Zellen hinweist. Durch einwöchiger Behandlung mit einem Anti-IL-15-Antikörper konnte eine dosisabhängige Verringerung der zirkulierenden NK-Zellen beobachtet werden. Dieser Effekt war nach Beendigung der Behandlung teilweise reversibel.

Die Forscherinnen und Forscher sind überzeugt, dass das vorgestellte Modell die Entwicklung menschlicher NK Zellentwicklung im Knochenmark nachbildet. Es könnte als Grundlage für die Untersuchung verwandter Krankheiten und Wirkungen von Medikamenten dienen.

Originalpublikation:
Koenig L, Ben-Eliezer I, Tao TP, Winter A & Grossman M (2025) Modeling human natural killer cell development and drug response in a microfluidic bone marrow model. Front. Immunol. 16:1499397. doi: 10.3389/fimmu.2025.1499397