Studie zeigt die Dynamik der menschlichen Milchproduktion

Zum ersten Mal haben MIT-Forscher eine groß angelegte, hochauflösende Studie der Zellen in der Muttermilch durchgeführt, die es ihnen ermöglicht, zu verfolgen, wie sich diese Zellen bei stillenden Müttern im Laufe der Zeit verändern.

Durch die Analyse menschlicher Muttermilch, die zwischen drei Tagen und fast zwei Jahren nach der Geburt produziert wurde, konnten die Forscher eine Vielzahl von Veränderungen in der Genexpression in Brustdrüsenzellen identifizieren. Einige dieser Veränderungen waren mit Faktoren wie dem Hormonspiegel, der Krankheit der Mutter oder des Babys, dem Beginn der Empfängnisverhütung durch die Mutter und dem Beginn der Kindertagespflege durch das Baby verbunden.

„Wir konnten die Laktation auf diese wirklich lange Sichtweise betrachten, die andere Studien nicht wirklich gemacht haben, und wir haben gezeigt, dass sich die Milch über den gesamten Verlauf der Laktation verändert, selbst nach Jahren der Milchproduktion“, sagt Brittany Goods, eine ehemalige MIT Postdoc, der jetzt Assistenzprofessor für Ingenieurwissenschaften am Dartmouth College und einer der leitenden Autoren der Studie ist.

Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse den Grundstein für tiefer gehende Studien darüber legen, wie sich die Muttermilch im Laufe der Zeit verändert. Solche Studien könnten schließlich neue Wege aufzeigen, um die Milchproduktion von Müttern zu steigern oder die Zusammensetzung von Säuglingsnahrung zu verbessern.

Bonnie Berger, Simons-Professorin für Mathematik am MIT und Leiterin der Computation and Biology-Gruppe am Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL), ist Seniorautorin der Studie, ebenso wie Alex Shalek, außerordentlicher Professor für Chemie am MIT und Mitglied des Institute for Medical Engineering and Science (IMES); das Koch-Institut für integrative Krebsforschung; das Ragon Institute of MGH, MIT und Harvard; und das Broad Institute of Harvard und MIT.

Die MIT-Studentin Sarah Nyquist ist die Hauptautorin des Papiers, das diese Woche im erscheint Proceedings of the National Academy of Sciences.

Zelluläre Veränderungen

Menschliche Milchdrüsen können über Monate oder Jahre nach der Geburt an einem Tag mehr als einen Liter Milch produzieren. Zu untersuchen, wie Brustdrüsenzellen dieses Kunststück vollbringen, war beim Menschen schwierig, da das Gewebe selbst während der Stillzeit nicht biopsiert oder anderweitig zugänglich gemacht werden kann. Jüngste Studien haben jedoch gezeigt, dass Muttermilch viele Zellen aus der Brustdrüse enthält, was eine nicht-invasive Möglichkeit bietet, diese Zellen zu untersuchen.

Für diese Studie sammelte das MIT-Team Muttermilchproben von 15 stillenden Müttern. Jeder Spender lieferte Proben zu mehreren Zeitpunkten, die von drei bis 632 Tagen nach der Geburt reichten. Die Forscher sammelten auch Informationen über Gesundheits- und Lebensstiländerungen, die während der Laktationsphase auftraten.

Die Forscher isolierten mehr als 48.000 Zellen aus 50 Proben und analysierten sie mithilfe der Einzelzell-RNA-Sequenzierung, einer Technologie, die bestimmen kann, welche Gene zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Zelle exprimiert werden. Diese Analyse ergab 10 Arten von Zellen – eine Population von Fibroblastenzellen, zwei Arten von Epithelzellen und sieben Arten von Immunzellen.

Mehr als die Hälfte der gefundenen Immunzellen waren Makrophagen. Diese Zellen scheinen Gene zu exprimieren, die dazu beitragen, dass die Milchdrüse toleranter gegenüber den von ihnen produzierten Milchproteinen wird, sodass sie keine Immunantwort auslösen. Die Forscher fanden auch Populationen von B-Zellen, T-Zellen und anderen Immunzellen, aber ihre Anzahl war zu gering, um ihre Funktionen eingehend zu untersuchen.

Die mit Abstand häufigsten Zellen, die sie fanden, waren Lakozyten, eine Art Epithelzelle. Diese Zellen exprimierten viele Gene für Proteine, die in der Muttermilch vorkommen, wie z. B. Lactalbumin, sowie Transporter, die zur Sekretion von Milchproteinen, Mikronährstoffen, Fett und anderen Bestandteilen der Muttermilch benötigt werden.

Unter den Laktozyten identifizierten die Forscher einen Zellcluster, der der Hauptproduzent von Milch zu sein scheint, und einen anderen, der eher eine strukturelle Rolle in der Brustdrüse spielt. Jeder dieser Zelltypen könnte in weitere Subtypen unterteilt werden, von denen die Forscher vermuten, dass sie auf bestimmte Rollen spezialisiert sind.

Im Laufe der Zeit stellten die Forscher fest, dass der Anteil der an der Milchproduktion beteiligten Laktozyten abnahm, während der Anteil an der strukturellen Unterstützung zunahm. Gleichzeitig wurden Gene, die an der Reaktion auf das Hormon Prolaktin beteiligt sind, in den milchproduzierenden Laktozyten aktiver, fielen aber in den strukturellen Laktozyten ab. Die Forscher gehen davon aus, dass diese Veränderungen mit den sich ändernden Ernährungsbedürfnissen von Säuglingen im Laufe ihres Wachstums zusammenhängen könnten.

„Diese Studie, zusammen mit einigen anderen Studien, die es gibt, ebnet den Weg für die Kartierung und ein besseres Verständnis einiger der Wege, die diese Zellen verwenden, um die enorme Menge an Arbeit zu erledigen, die sie tun“, sagt Goods.

Milchzusammensetzung

Die Forscher fanden auch Zusammenhänge zwischen der Zusammensetzung der Zellen in der Muttermilch und Ereignissen wie dem Beginn des Kindergartenbesuchs, dem Beginn der Säuglingsnahrung oder dem Beginn der hormonellen Empfängnisverhütung durch die Mutter.

„Es gibt eindeutig Veränderungen in der Zusammensetzung der Muttermilch, die mit diesen Veränderungen des Lebensstils und der Gesundheit zusammenhängen, wie z. B. Säuglingskrankheiten oder hormonelle Empfängnisverhütung der Mutter“, sagt Nyquist. „Diese Veränderungen in der Laktation haben nicht unbedingt einen positiven oder negativen Einfluss auf die Gesundheit eines Menschen, aber sie treten auf und können uns zu Erkenntnissen darüber führen, wie Brustepithelzellen Milch produzieren und welche Arten von Bestandteilen sie möglicherweise produzieren.“

Die Forscher hoffen nun, größere Studien durchführen zu können, die ihnen helfen könnten, stärkere Zusammenhänge zwischen Umweltfaktoren und der Milchzusammensetzung zu finden und mehr darüber zu erfahren, wie sich Milch im Laufe der Zeit auf natürliche Weise verändert. Dies könnte Wissenschaftlern schließlich helfen, bessere Säuglingsnahrung zu entwickeln oder Formeln zu entwickeln, die an verschiedene Stadien des Säuglingsalters angepasst sind. Die Forscher hoffen auch, Wege zu finden, um stillenden Müttern zu helfen, ihre Milchproduktion zu steigern oder zu verlangsamen, wenn Babys entwöhnt werden.

Andere Folgestudien können untersuchen, wie sich das Abpumpen auf die Milchzusammensetzung und die Gesundheit der Brust auswirkt oder wie Erkrankungen wie Mastitis verhindert werden können.

„Durch den Aufbau dieses wirklich hochauflösenden Verständnisses der Laktationsvielfalt im Laufe der Zeit gibt es uns eine Möglichkeit, nicht nur die Laktation zu verstehen, sondern gibt uns auch eine Reihe von Daten und Werkzeugen, um bessere Lösungen zur Verbesserung der Lebensqualität entwickeln zu können von Müttern, besonders wenn sie stillen“, sagt Goods.

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), eine beliebte Website, die Neuigkeiten über MIT-Forschung, -Innovation und -Lehre enthält.