Aus Nabelschnurblutzellen gewonnene Neuronen könnten eine neue Therapieoption darstellen

Aus Nabelschnurblutzellen gewonnene Neuronen könnten eine neue Therapieoption darstellen

Das Protokoll könnte neue Wege für Zellersatztherapien bei neurologischen Erkrankungen eröffnen

LA JOLLA, CA – Seit mehr als 20 Jahren verwenden Ärzte Zellen aus Blut, das nach der Geburt in der Plazenta und der Nabelschnur verbleibt, um eine Vielzahl von Krankheiten zu behandeln, von Krebs und Immunstörungen bis hin zu Blut- und Stoffwechselerkrankungen.

Jetzt haben Wissenschaftler am Salk Institute for Biological Studies einen neuen Weg gefunden – mithilfe eines einzelnen Proteins, eines sogenannten Transkriptionsfaktors –, um Nabelschnurblutzellen (CB) in neuronenähnliche Zellen umzuwandeln, die sich für die Behandlung einer breiten Erkrankung als wertvoll erweisen könnten Reihe neurologischer Erkrankungen, einschließlich Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma und Rückenmarksverletzung.

Dieses Mikroskopbild zeigt eine Kolonie von Neuronen, die mithilfe der Stammzell-Reprogrammierungstechnologie aus Nabelschnurblutzellen gewonnen wurden. Das grüne und rote Leuchten weist darauf hin, dass die Zellen Proteinmacher produzieren, die in Neuronen vorkommen, ein Beweis dafür, dass sich die Nabelschnurblutzellen tatsächlich in Neuronen verwandelt haben. Das blaue Leuchten markiert die Kerne der Neuronen.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung von Alessandra Giorgetti

Die Forscher zeigten, dass diese CB-Zellen, die aus dem Mesoderm, der mittleren Schicht embryonaler Keimzellen, stammen, in ektodermale Zellen umgewandelt werden können, Zellen der äußeren Schicht, aus denen Gehirn-, Rückenmarks- und Nervenzellen entstehen. „Diese Studie zeigt zum ersten Mal die direkte Umwandlung einer reinen Population menschlicher Nabelschnurblutzellen in Zellen neuronaler Abstammung durch die erzwungene Expression eines einzelnen Transkriptionsfaktors“, sagt er Juan Carlos Izpisúa Belmonte, ein Professor in Salk's Genexpressionslabor, der das Forschungsteam leitete. Die Studie, eine Zusammenarbeit mit Fred H. Gage, ein Professor in Salk's Labor für Genetik, und sein Team, wurde am 16. Juli in der veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Im Gegensatz zu früheren Studien, in denen mehrere Transkriptionsfaktoren erforderlich waren, um Hautzellen in Neuronen umzuwandeln, benötigt unsere Methode nur einen Transkriptionsfaktor, um CB-Zellen in funktionelle Neuronen umzuwandeln“, sagt Gage.

Die Salk-Forscher nutzten ein Retrovirus, um Sox2, einen Transkriptionsfaktor, der als Schalter in der neuronalen Entwicklung fungiert, in CB-Zellen einzuführen. Nachdem sie sie im Labor kultiviert hatten, entdeckten sie Kolonien von Zellen, die neuronale Marker exprimierten. Mithilfe verschiedener Tests stellten sie fest, dass die neuen Zellen, sogenannte induzierte neuronal-ähnliche Zellen (iNC), elektrische Impulse übertragen konnten, was signalisierte, dass es sich bei den Zellen um reife und funktionsfähige Neuronen handelte. Darüber hinaus übertrugen sie die mit Sox2 infundierten CB-Zellen auf das Gehirn einer Maus und stellten fest, dass sie sich in das bestehende neuronale Netzwerk der Maus integrieren und in der Lage waren, elektrische Signale wie ausgereifte funktionelle Neuronen zu übertragen.

„Wir zeigen auch, dass die CB-abgeleiteten neuronalen Zellen unter bestimmten Bedingungen expandiert werden können und dennoch die Fähigkeit behalten, sich sowohl im Labor als auch im Gehirn einer Maus in reifere Neuronen zu differenzieren“, sagt Mo Li, Wissenschaftler in Belmontes Labor und a Co-Erstautorin des Artikels mit Alessandra Giorgetti vom Zentrum für Regenerative Medizin in Barcelona und Carol Marchetto von Gages Labor. „Obwohl die von uns entwickelten Zellen nicht für eine bestimmte Abstammungslinie bestimmt waren – zum Beispiel Motoneuronen oder Mittelhirnneuronen –, hoffen wir, in Zukunft klinisch relevante neuronale Subtypen zu erzeugen.“

Wichtig ist laut Marchetto: „Wir könnten diese Zellen in Zukunft zur Modellierung neurologischer Erkrankungen wie z Autismus, Schizophrenie, Parkinson oder Alzheimer-Krankheit"

Nabelschnurblutzellen bieten laut Giorgetti eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Arten von Stammzellen. Erstens handelt es sich nicht um embryonale Stammzellen und sie sind daher nicht umstritten. Sie sind plastischer oder flexibler als adulte Stammzellen aus Quellen wie Knochenmark, wodurch sie möglicherweise leichter in bestimmte Zelllinien umgewandelt werden können. Die Entnahme von CB-Zellen ist sicher und schmerzlos und stellt kein Risiko für den Spender dar. Sie können zur späteren Verwendung in Blutbanken gelagert werden.

„Wenn unser Protokoll zu einer klinischen Anwendung weiterentwickelt wird, könnte es bei zukünftigen Zellersatztherapien hilfreich sein“, sagt Li. „Man könnte alle Nabelschnurblutbanken im Land durchsuchen, um nach einem passenden Partner zu suchen.“

Weitere Forscher an der Studie waren Diana Yu, Yangling Mu, Cedric Bardy und Guang-Hui Liu vom Salk Institute; und Rafaella Fazzina, Antonio Adamo, Ida Paramonov, Julio Castaño Cardoso, Montserrat Barragan Monasterio und Riccardo Cassiani-Ingoni vom Zentrum für Regenerative Medizin in Barcelona.

Die Arbeit wurde unterstützt durch die Kalifornisches Institut für Regenerative Medizin, The Lookout Foundation, G. Harold und Leila Y. Mathers Wohltätigkeitsstiftung, der Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust, die JPB Medical Foundation, MINECO, Fundacion Cellex und Sanofi.

Über das Salk Institute for Biological Studies:

Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit herausragenden Grundlagenforschungseinrichtungen, in der international renommierte Dozenten in einem einzigartigen, kollaborativen und kreativen Umfeld grundlegende Fragen der Biowissenschaften untersuchen. Salk-Wissenschaftler konzentrieren sich sowohl auf Entdeckungen als auch auf die Betreuung zukünftiger Forschergenerationen und leisten bahnbrechende Beiträge zu unserem Verständnis von Krebs, Alterung, Alzheimer, Diabetes und Infektionskrankheiten, indem sie Neurowissenschaften, Genetik, Zell- und Pflanzenbiologie und verwandte Disziplinen studieren.

Die Leistungen der Fakultät wurden mit zahlreichen Ehrungen gewürdigt, darunter Nobelpreise und Mitgliedschaften in der National Academy of Sciences. Das 1960 vom Polioimpfpionier Jonas Salk, MD, gegründete Institut ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation und ein architektonisches Wahrzeichen.