Neue Stammzellen könnten Hürden für die regenerative Medizin überwinden

Neue Stammzellen könnten Hürden für die regenerative Medizin überwinden

Wissenschaftler des Salk Institute entdecken einen neuen Stammzelltyp, der möglicherweise reifes, funktionsfähiges Gewebe erzeugen könnte

LA JOLLA – Wissenschaftler am Salk Institute haben einen neuartigen Typ pluripotenter Stammzellen entdeckt – Zellen, die sich zu jeder Art von Gewebe entwickeln können – deren Identität an ihren Standort in einem sich entwickelnden Embryo gebunden ist. Dies steht im Gegensatz zu Stammzellen, die traditionell in wissenschaftlichen Studien verwendet werden und sich durch ihren zeitlichen Entwicklungsstand auszeichnen.

In dem Artikel, veröffentlicht am 6. Mai 2015 in Natur, berichten die Wissenschaftler, dass sie mithilfe dieser neuen Stammzellen die erste zuverlässige Methode zur Integration menschlicher Stammzellen in nicht lebensfähige Mäuseembryonen in einer Laborschale entwickelt haben, sodass die menschlichen Zellen begannen, sich in Gewebe im Frühstadium zu differenzieren.

Auf diesem Bild ist in Grün ein neuartiger Typ menschlicher Stammzellen zu sehen, der sich in die umgebenden Zellen eines nicht lebensfähigen Mäuseembryos integriert und entwickelt. Rot zeigt Zellen der Endodermlinie an. Aus Endodermzellen kann Gewebe entstehen, das Organe des Verdauungs- und Atmungssystems bedeckt. Die am Salk Institute entwickelte neue Stammzelle verspricht, eines Tages funktionsfähige Ersatzzellen und -gewebe wachsen zu lassen.

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Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Die von uns gefundenen regionsspezifischen Zellen könnten im Labor enorme Vorteile bei der Untersuchung von Entwicklung, Evolution und Krankheit bieten und Möglichkeiten für die Entwicklung neuartiger Therapien bieten“, sagt Salk-Professor Juan Carlos Izpisúa Belmonte, leitender Autor des Artikels und Inhaber des Roger Guillemin Chair von Salk.

Die Forscher nannten diese neue Zellklasse „regionsselektive pluripotente Stammzellen“, kurz rsPSCs. Die rsPSCs ließen sich im Labor leichter züchten als herkömmliche menschliche pluripotente Stammzellen und boten Vorteile für die Produktion in großem Maßstab und die Genbearbeitung (Veränderung der DNA einer Zelle), beides wünschenswerte Eigenschaften für Zellersatztherapien.

Um die Zellen herzustellen, entwickelten die Salk-Wissenschaftler eine Kombination chemischer Signale, die menschliche Stammzellen in einer Laborschale dazu veranlassten, sich räumlich auszurichten.

Anschließend fügten sie die räumlich ausgerichteten menschlichen Stammzellen (menschliche rsPSCs) in bestimmte Regionen teilweise sezierter Mäuseembryonen ein und kultivierten sie 36 Stunden lang in einer Schale. Unabhängig davon fügten sie auch mit herkömmlichen Methoden kultivierte menschliche Stammzellen ein, um bestehende Techniken mit ihrer neuen Technik vergleichen zu können.

Während sich die mit herkömmlichen Methoden gewonnenen menschlichen Stammzellen nicht in die veränderten Embryonen integrieren konnten, begannen sich die menschlichen rsPSCs zu Geweben im Frühstadium zu entwickeln. Die Zellen in dieser Region eines frühen Embryos unterliegen dynamischen Veränderungen, wodurch alle Zellen, Gewebe und Organe des Körpers entstehen. Tatsächlich begannen die menschlichen rsPSCs in der frühen Entwicklung mit der Differenzierung in die drei Hauptzellschichten, die als Ektoderm, Mesoderm und Endoderm bekannt sind. Die Salk-Forscher verhinderten, dass sich die Zellen weiter differenzierten, aber jede Keimschicht war theoretisch in der Lage, bestimmte Gewebe und Organe hervorzubringen.

Juan Carlos Izpisua Belmonte und Jun Wu

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Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

Zusammenarbeit mit den Laboren der Salk-Professoren Josef Ecker und Alan SaghatelianDas Team von Izpisua Belmonte führte eine umfassende Charakterisierung der neuen Zellen durch und stellte fest, dass rsPSCs ausgeprägte molekulare und metabolische Eigenschaften sowie neuartige epigenetische Signaturen aufwiesen – das heißt Muster chemischer Modifikationen der DNA, die steuern, welche Gene ein- oder ausgeschaltet werden, ohne die DNA zu verändern Reihenfolge.

„Der regionalselektive Zustand dieser Stammzellen ist für im Labor kultivierte Stammzellen völlig neu und bietet wichtige Erkenntnisse darüber, wie menschliche Stammzellen in Derivate differenziert werden könnten, die zu einer Vielzahl von Geweben und Organen führen“, sagt Jun Wu, ein Postdoktorand im Labor von Izpisua Belmonte und Erstautor der neuen Arbeit. „Wir müssen nicht nur den Zeitpunkt berücksichtigen, sondern auch die räumlichen Eigenschaften der Stammzellen. Das Verständnis beider Aspekte der Identität einer Stammzelle könnte entscheidend sein, um funktionelle und reife Zelltypen für die regenerative Medizin zu erzeugen.“

Die neue Stammzelle (grün), die am Salk Institute entwickelt wurde, verspricht eines Tages die Entwicklung funktionsfähiger Ersatzzellen und -gewebe.

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Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

Weitere Autoren des Artikels sind: Daiji Okamura, Mo Li, Keiichiro Suzuki, Li Ma, Zhongwei Li, Chris Benner, Isao Tamura, Marie N. Krause, Joseph R. Nery, Zhuzhu Zhang, Tomoaki Hishida, Yuta Takahashi, Emi Aizawa, Na Young Kim, Concepcion Rodriguez Esteban, Alan Saghatelian, Joseph Ecker, Chongyuan Luo, Yupeng He, alle vom Salk Institute; Tingting Du und Bing Ren von der University of California, San Diego; Jeronimo Lajara und Pedro Guillen, von UCAM Universidad Católica San Antonio, Murcia, Spanien; Josep M. Campistol, Krankenhausklinik von Barcelona, Spanien; und Pablo Ross von der University of California, Davis.

Die Forschung wurde von der Universidad Católica San Antonio unterstützt Howard Hughes Medical Institute, die Fundacion Pedro Guillen, die G. Harold und Leila Y. Mathers Wohltätigkeitsstiftung, hat das Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust und der Moxie-Stiftung.

Über das Salk Institute for Biological Studies:
Das Salk Institute for Biological Studies ist eine der weltweit führenden 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.