Stammzellen kommen der Heilung genetischer Krankheiten einen Schritt näher

Stammzellen kommen der Heilung genetischer Krankheiten einen Schritt näher

Salk-Wissenschaftler haben mutationsfreie Stammzelllinien von menschlichen Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen geschaffen

LA JOLLA–Gesunde Gehirn-, Muskel-, Augen- und Herzzellen würden das Leben von Zehntausenden Menschen auf der ganzen Welt mit schwächenden mitochondrialen Erkrankungen verbessern. Jetzt sind Forscher am Salk Institute der Verwirklichung solcher Heilmittel einen Schritt näher gekommen: Sie haben Zellen von Patienten in gesunde, mutationsfreie Stammzellen umgewandelt, die sich dann in jeden Zelltyp verwandeln können. Der neue Ansatz wird am 15. Juli 2015 in beschrieben Natur.

„Derzeit gibt es keine Heilung für mitochondriale Erkrankungen“, sagt der leitende Autor Juan Carlos Izpisúa Belmonte, Professor in Salk's Genexpressionslabor. „Vor Kurzem haben wir Möglichkeiten zur Vorbeugung dieser Krankheiten entwickelt, daher war es naheliegend, als nächstes zu fragen, wie wir sie behandeln könnten.“

Mitochondriale Erkrankungen werden durch etwa 200 Mutationen verursacht, die sich auf die Gene der Mitochondrien auswirken, winzige Kraftwerke in fast jeder Zelle des Körpers. Abhängig von den betroffenen Genen und Zelltypen können die Krankheiten Muskelschwäche, Lebererkrankungen, Diabetes, Krampfanfälle, Entwicklungsverzögerungen oder Sehstörungen verursachen. Bestehende Therapien zielen darauf ab, die Symptome zu lindern oder das Fortschreiten der Krankheiten zu verlangsamen, können sie jedoch nicht vollständig heilen.

In ihrer neuen Arbeit sammelten Belmonte und Mitarbeiter aus der ganzen Welt Hautproben von Patienten mit mitochondrialer Enzephalomyopathie oder Leigh-Syndrom, beides schwere Erkrankungen, die das Gehirn und die Muskeln betreffen.

Die Teams verwendeten zunächst aktuelle Standardprotokolle, um aus den Hautzellen pluripotente Stammzellen zu gewinnen, ein Prozess, der die Zellen in ihren grundlegendsten Zustand zurückversetzt.

Salk-Forscher haben von Patienten mit mitochondrialen Erkrankungen krankheitsfreie Stammzellen erzeugt, die in jeden Zelltyp umgewandelt werden können, einschließlich neuronaler Vorläuferzellen (links) oder Herzzellen (rechts). Diese könnten möglicherweise für zukünftige Transplantationen in Patienten verwendet werden.

Bild: Mit freundlicher Genehmigung des Salk Institute for Biological Studies

„Während des Prozesses der Stammzellgenerierung entstehen spontan verschiedene Arten von Klonen“, sagt Alejandro Ocampo, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor von Izpisua Belmonte und einer der Autoren der neuen Arbeit. Wenn die Patientenzellen zunächst eine Mischung aus gesunden und erkrankten Mitochondrien aufweisen, werden gesunde und erkrankte Stammzellen erzeugt. Anschließend können die Stammzellen mit gesunden Mitochondrien herausgesucht werden.

Bei einigen Patienten funktioniert dieser einfache Ansatz jedoch nicht; Ihre Zellen verfügen zunächst nicht über genügend oder gar keine gesunden Mitochondrien.

Deshalb entwickelte das Team einen zweiten Ansatz: Den Kern der Hautzellen der Patientin, der die meisten ihrer Gene enthält, in eine Spendereizelle mit gesunden Mitochondrien zu verlegen. Anschließend wird aus der neuen Eizelle pluripotente Stammzellen erzeugt. Als die Forscher dies taten, stellten sie fest, dass die gesunden Mitochondrien die Kontrolle übernahmen und gesunde, genetisch ähnliche Zellen des Patienten erfolgreich erzeugt wurden.

„In jedem Fall geht es darum, dass wir gesunde Stammzellen haben und wissen, wie man pluripotente Stammzellen in verschiedene Zelltypen umwandelt“, sagt Jun Wu, Autor der Arbeit und wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor von Izpisua Belmonte. „Sie haben das Potenzial, jeden Zelltyp im Körper hervorzubringen.“

Das bedeutet vorerst, dass Forscher aus den gesunden Zellen aus den mutationsfreien Stammzellen Herz-, Gehirn-, Muskel- oder Augenzellen erzeugen können. Aber Methoden, um diese Zellen vollständig reif und funktionsfähig zu machen und sie in Patienten zu transplantieren, befinden sich noch in der Entwicklung.

Auch für die Grundlagenforschung werde die neue Methode ein Segen sein, fügt Izpisua Belmonte hinzu. Wissenschaftler haben lange darum gekämpft zu verstehen, warum verschiedene Organe und Gewebe so unterschiedlich von mitochondrialen Mutationen betroffen sind. Indem sie Stammzellen mit mitochondrialen Mutationen mit gesunden Zellen vergleichen und sie dazu bringen, sich zu unterschiedlichen Zelltypen zu entwickeln, können sie diesen Aspekt mitochondrialer Erkrankungen detaillierter untersuchen.

Weitere Forscher an der Studie waren Li Ma vom Salk Institute; Hong Ma, Riffat Ahmed, Eunju Kang, Yeonmi Lee, Tomonari Hayama, Ying Li Crystal Van Dyken, Nuria Marti Gutierrez, Rebecca Tippner-Hedges, Amy Koski, Nargiz Mitalipov, Paula Amato, Don P. Wolf und Shoukhrat Mitalipov von Gesundheits- und naturwissenschaftliche Universität Oregon; Clifford DL Folmes und Andre Terzic von der Mayo-Klinik; Robert Morey, Sergio Mora-Castilla und Louise C. Laurent von der University of California, San Diego; Joanna Poulton von der University of Oxford; und Xinjian Wang und Taosheng Huang von Cincinnati Kinderkrankenhaus.

Die Arbeit wurde unterstützt von der G. Harold und Leila Y. Mathers Wohltätigkeitsstiftung und die Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust.