Menschliche embryonale Stammzellen integrieren sich erfolgreich in das Gehirn von Mäusen

12. Dezember 2005

Menschliche embryonale Stammzellen integrieren sich erfolgreich in das Gehirn von Mäusen

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12. Dezember 2005

La Jolla, Kalifornien – Frühere Studien haben gezeigt, dass undifferenzierte menschliche embryonale Stammzellen (hESC) im Gehirn von Laborratten mit Parkinson-Krankheit überleben können. Bisher war jedoch unklar, ob hESCs voll funktionsfähige Mitglieder der neuronalen Architektur des Wirtstiers werden können – eine grundlegende Notwendigkeit, wenn Stammzellen jemals in medizinischen Behandlungen eingesetzt werden sollen, um fehlende oder beschädigte Neuronen bei menschlichen Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer aufzufüllen Krankheit.

Nun deuten Untersuchungen am Salk Institute for Biological Studies zum ersten Mal darauf hin, dass hESCs zu voll funktionsfähigen adulten Gehirnzellen heranreifen und sich in das bestehende Nervensystem integrieren, wenn diese menschlichen Zellen in die sich entwickelnden Gehirne von zwei Wochen alten Mäuseembryonen injiziert werden. Diese neuartige Erkenntnis ebnet den Weg für einen neuen Ansatz zur Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen und hat das Potenzial, die Erprobung therapeutischer Medikamente zur Behandlung dieser Krankheiten zu beschleunigen.

Die Salk-Forscher unter der Leitung von Fred H. Gage, Ph.D., Professor und Co-Leiter des Labors für Genetik am Salk Institute, veröffentlichten ihre Ergebnisse diese Woche in den Proceedings der National Academy of Science.

„Neben dem therapeutischen Potenzial eröffnet unsere Entdeckung auch die Möglichkeit, menschliche Krankheiten in einem neuen Kontext zu untersuchen“, sagt Erstautorin Alysson R. Muotri, Ph.D. „Wir können fragen, ob die Neurodegeneration die Funktion einer einzelnen erkrankten Zelle ist oder ob sie durch die lokale Umgebung im Gehirn verursacht wird.“

Obwohl die in die Mäuseembryonen implantierten hESCs die Fähigkeit besaßen, zu vollständig integrierten Mitgliedern des Gehirns der Tiere heranzureifen, gelang dies nur selten. Weit weniger als 0.1 Prozent ihrer Gehirnzellen waren menschlichen Ursprungs, und diese wenigen hatten die Größe und Form ihrer Nachbarn angenommen. „Dies zeigt, dass die Injektion menschlicher Stammzellen in das Gehirn von Mäusen das Gehirn nicht umstrukturiert“, erklärt Gage.

Zumindest theoretisch können hESCs im Labor als unspezialisierte Zellen unbegrenzt wachsen und dazu gebracht werden, sich in verschiedene Zelltypen zu differenzieren. Aber unter nicht perfekten Kulturbedingungen können sie ihre Allmacht verlieren.

„Dieser Test wird sehr wertvoll sein, um festzustellen, ob bestimmte menschliche Stammzelllinien noch die Fähigkeit haben, voll funktionsfähige Neuronen zu bilden“, sagt Gage und erklärt, dass Wissenschaftler derzeit nicht wissen, ob Stammzellen, die außerhalb des Körpers in Kultur gehalten wurden Über längere Zeiträume ist das Potenzial, ein Neuron zu werden, verloren gegangen oder nicht.

Er betont außerdem, dass „dieses Verfahren es auch anderen Labors und Pharmaunternehmen ermöglichen wird, die Toxizität neuer Verbindungen zu testen und ihre Auswirkungen auf menschliche Gehirnzellen zu bewerten, und zwar nicht nur in einer Petrischale, sondern im Kontext eines funktionierenden Gehirns.“

In der Vergangenheit bildeten in erwachsene Mäuse injizierte hESC häufig Tumore oder wurden vom Immunsystem der Maus abgestoßen. In der Hoffnung, diese Probleme zu umgehen, entschieden sich Gage und sein Team für die Injektion von hESCs in die sich entwickelnden Gehirne embryonaler Mäuse.

Um das Schicksal der Zellen nach der Injektion verfolgen zu können, markierten die Salk-Wissenschaftler die hESCs, die sie von CyThera, Inc., Kalifornien, bezogen hatten, mit grün fluoreszierendem Protein.

Die grün leuchtenden hESCs differenzierten sich in verschiedene Arten von Neuronen und unterstützenden Gliazellen, wanderten durch das Gehirn und siedelten sich in verschiedenen Regionen an, ohne Tumore zu bilden oder vom Immunsystem der Maus abgestoßen zu werden.

„Als wir diese Zellen zwei Monate später charakterisierten, stellten wir fest, dass sie die Morphologie, Form und Eigenschaften von Mauszellen aufwiesen“, sagt Gage. „Es ist wirklich erstaunlich, dass diese menschlichen Stammzellen, obwohl sie noch sehr unreif sind, immer noch Oberflächenmarker entwickeln können, um auf verschiedene Signale in ihrer Umgebung zu reagieren, und dass sie perfekt zu ihren Mausnachbarn passen“, sagt er.

Weitere Autoren, die zu der Arbeit beigetragen haben, sind der Co-Erstautor Kinichi Nakashima, früher am Salk und jetzt am Nara Institute of Science and Technology in Japan, sowie die Postdoktoranden Nicolas Toni und Vladislav M. Sandler.

Alle Experimente folgten den Richtlinien zur Verwendung von Stammzellen, die im April dieses Jahres von der National Academy of Sciences herausgegeben wurden. Gemäß diesen Richtlinien und den internen Forschungsrichtlinien für menschliche Stammzellen von Salk durften sich die in diesen Experimenten verwendeten Mäuse nicht fortpflanzen. Die Forschung wurde von der Mathers Foundation und dem Lookout Fund finanziert.

Das Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Kalifornien, ist eine unabhängige gemeinnützige Organisation, die sich grundlegenden Entdeckungen in den Biowissenschaften, der Verbesserung der menschlichen Gesundheit und der Ausbildung zukünftiger Forschergenerationen widmet. Jonas Salk, MD, dessen Polio-Impfung 1955 die lähmende Krankheit Poliomyelitis nahezu ausgerottet hatte, eröffnete das Institut 1965 mit einer Landspende der Stadt San Diego und der finanziellen Unterstützung des March of Dimes. Für mehr Informationen: www.salk.edu.