Stammzell-Forscher melden neuen Erfolg

HEIDELBERG. Wissenschaftlern vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und vom Stammzellinstitut HI-STEM* in Heidelberg ist es gelungen, auf direktem Wege menschliche Blutzellen zu einem bisher unbekannten Typ von neuralen Stammzellen umzuprogrammieren (Cell Stemm Cell. 2018; online 20. Dezember).

Diese induzierten Stammzellen gleichen jenen, die während der frühen Embryonalentwicklung des zentralen Nervensystems vorkommen, teilt das  DKFZ mit. Sie ließen sich in der Kulturschale unbegrenzt vermehren und modifizieren und könnten eine wichtige Grundlage für die Entwicklung regenerativer Therapien darstellen.

Die Tausendsassas im Gewebe

Stammzellen gelten ja als die Tausendsassas im Gewebe: Sie können sich unbegrenzt vermehren und dann – sofern es sich um pluripotente embryonale Stammzellen handelt – zu allen erdenklichen Zelltypen heranreifen, erinnert das DKFZ.

2006 hatte der Japaner Shinya Yamanaka erkannt, dass sich solche Zellen auch im Labor herstellen lassen – aus bereits ausgereiften Körperzellen. Allein vier genetische Faktoren genügen, um das Rad der Entwicklung zurückzudrehen und so genannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) herzustellen, die identische Eigenschaften haben wie embryonale Stammzellen. Für diese Entdeckung erhielt Yamanaka 2012 den Nobelpreis für Medizin.

Enormes Potenzial für die Grundlagenforschung.

„Das war ein bedeutender Durchbruch für die Stammzellforschung“, wird Andreas Trumpp, DKFZ und Direktor des HI-STEM in Heidelberg, zitiert. „Insbesondere für die Forschung in Deutschland, wo das Herstellen von menschlichen embryonalen Stammzellen nicht erlaubt ist.“

Stammzellen haben ein enormes Potenzial sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Entwicklung regenerativer Therapien. Allerdings ist die Reprogrammierung auch mit Problemen verbunden: So können pluripotente Zellen Keimbahntumore, so genannte Teratome, ausbilden.

Rad der Entwicklung wird nicht komplett zurückgedreht

Eine andere Möglichkeit ist, das Rad der Entwicklung nicht komplett zurückzudrehen. Trumpps Team sei es nun erstmalig gelungen, ausgereifte menschliche Zellen derart zu reprogrammieren, dass ein definierter Typ von induzierten neuralen Stammzellen entsteht, der sich auch nahezu unbegrenzt vermehren lässt, berichtet das DKFZ.

„Für die Reprogrammierung haben wir, ähnlich wie Yamanaka, vier genetische Faktoren eingesetzt, allerdings andere“, erklärt Marc Christian Thier, Erstautor der Studie, in der Mitteilung.

„Es handelt sich dabei um Faktoren, bei denen wir davon ausgehen konnten, dass sie eine Reprogrammierung zu einem frühen Entwicklungsstadium des Nervensystems erlauben.“

Auch in der Vergangenheit hatten andere Arbeitsgruppen Bindegewebszellen zu reifen Nervenzellen oder zu neuralen Vorläuferzellen reprogrammiert.

Doch diese künstlich hergestellten Nervenzellen ließen sich oft nicht vermehren und waren daher für einen therapeutischen Einsatz kaum nutzbar. „Oder es handelte sich um eine heterogene Mischung aus verschiedenen Zelltypen, die es unter physiologischen Bedingungen im Körper möglicherweise gar nicht gibt“, benennt Trumpp die Probleme.

Vorteil für künftige Therapieansätze

Den Wissenschaftlern um Trumpp ist es gemeinsam mit dem Stammzellforscher Frank Edenhofer von der Universität Innsbruck und der Neurowissenschaftlerin Hannah Monyer, DKFZ und Uniklinikum Heidelberg, gelungen, verschiedene menschliche Zellen zu reprogrammieren: Bindegewebszellen der Haut oder des Pankreas sowie periphere Blutzellen.

„Die Herkunft der Zellen hatte dabei keinen Einfluss auf die Eigenschaften der gewonnenen Stammzellen“, so Thier. Besonders die Möglichkeit, neurale Stammzellen ohne invasiven Eingriff aus dem Blut von Patienten zu gewinnen, bedeute einen entscheidenden Vorteil für künftige Therapieansätze, meldet das DKFZ.

Neuer neuraler Stammzelltyp im Säugerembryo beschrieben

Das Besondere an den reprogrammierten Zellen der Heidelberger: Es handelt sich um einen homogenen Zelltyp, der einem Stadium neuraler Stammzellen ähnelt, der während der Embryonalentwicklung des Nervensystems vorkommt.

„Entsprechende Zellen existieren in der Maus und vermutlich auch im Menschen während der frühen embryonalen Gehirnentwicklung“, so Thier in der Mitteilung des DKFZ. „Wir haben mit unserer Arbeit gleichzeitig einen neuen neuralen Stammzelltyp im Säugerembryo beschrieben.“

Dabei handelt es sich um induzierte Stammzellen der Neuralplatte (induced Neural Plate Border Stem Cells, iNBSCs), der ersten Struktur des Nervensystems, die in der Embryonalentwicklung auftritt und breites Entwicklungspotenzial hat.

Die iNBSC der Heidelberger Wissenschaftler sind multipotent und können sich in zwei verschieden Richtungen weiterentwickeln. Sie könnten einerseits den Weg der Entwicklung zu reifen Nervenzellen und deren Versorgerzellen, den Gliazellen, einschlagen, also zu Zellen des zentralen Nervensystems werden, erklärt das DKFZ. Andererseits könnten sie sich zu Zellen der Neuralleiste entwickeln, aus denen wiederum verschiedene Zelltypen hervorgehen, etwa periphere sensible Nervenzellen oder Knorpel und Knochen des Schädels.

Grundlage für eine große Bandbreite an verschiedenen Zelltypen

Damit bildeten die iNBSC eine ideale Grundlage, um für einen individuellen Patienten eine große Bandbreite an verschiedenen Zelltypen zu generieren. „Diese Zellen haben das identische Erbgut wie der Spender und werden daher vom Immunsystem vermutlich als „Selbst“ erkannt und nicht abgestoßen“, erklärt Thier.

Mit der Genschere CRISP/Cas9 können die iNBSC modifiziert oder genetische Defekte repariert werden, wie die Wissenschaftler im Experiment belegen. „Sie sind daher sowohl für die Grundlagenforschung und die Suche nach neuen Wirkstoffen interessant, als auch für die Entwicklung regenerativer Therapien, etwa bei Patienten mit Erkrankungen des Nervensystems“, betont Trumpp in der Mitteilung des DKFZ. Bis dahin werde allerdings noch eine Menge Forschungsarbeit notwendig sein. (eb)

*Das Heidelberger Institut für Stammzellforschung und experimentelle Medizin (HI-STEM) gGmbH ist eine Partnerschaft des DKFZ und der Dietmar Hopp Stiftung