Induzierte pluripotente Stammzellen

Was wäre, wenn eine gewöhnliche Hautzelle ihre Identität vergessen könnte? Wenn sie sich in ihren ursprünglichen Zustand zurückverwandeln und sich dann in fast jede Art von Zelle neu entwickeln könnte, die sie sein müsste – wie eine Herz-, Gehirn- oder Netzhautzelle –, und damit Schäden in einer Vielzahl von Erkrankungen repariert werden könnten? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwenden induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), um genau das zu ermöglichen.

Im Jahr 2014 erhielt eine 70-jährige Frau, die kurz vor der Erblindung stand, als erste Person eine Transplantation von Zellen, die aus induzierten pluripotenten Stammzellen oder iPSCs erzeugt wurden.¹ Sie wurden aus ihren eigenen Hautzellen gezüchtet, die genetisch zur Unreife „zurück programmiert“ und ihre Entwicklung dann so gesteuert wurde, dass sie zu adulten Netzhautzellen reiften. Diese nächste Generation der Zelltherapie hat das Potenzial, iPSCs in fast jeden Zelltyp und theoretisch jeden Gewebetyp umzuwandeln, und somit die Symptome vieler verheerender Erkrankungen umzukehren.

Die sich selbst erneuernde Signatur von Stammzellen
Als wichtigstes Backup-System unseres Körpers haben Stammzellen eine ausgeprägte Fähigkeit, sich selbst zu erneuern und je nach ihrer Potenz verschiedene Arten von differenzierten, das heißt entwickelten, Zellen hervorzubringen. Im Jahr 2006 leistete Dr. Shinya Yamanaka Pionierarbeit bei der Entwicklung „induzierter“ pluripotenter Zellen oder iPSCs. Sie können von den molekularen Markierungen, die ihren ursprünglichen Zweck bestimmen (und von denen angenommen wurde, dass sie unveränderlich sind), befreit werden. Dadurch können sie sich im Gegensatz zu vielen differenzierten Zellen beliebig häufig vermehren, ohne dabei zu altern. Durch das Löschen der vorherigen Identität können sich diese iPSCs außerdem theoretisch in Zellen jedes anderen Gewebes und Organs entwickeln.² Dieser Durchbruch öffnete der regenerativen Medizin neue Türen, indem er Forscherinnen und Forschern eine praktisch unbegrenzte Versorgung mit Stammzellen ermöglichte, die durch Reprogrammierung von Haut-, Blut- oder anderen Spenderzellen entstanden sind.

Kompatibilität ist der Schlüssel
Es gibt verschiedene Ansätze zur Herstellung und therapeutischen Anwendung von iPSCs, aber das Ziel ist bei allen das gleiche: verloren gegangene oder geschädigte Zellen zu ersetzen, die hervorragend zu dem Patienten oder der Patientin passen.

Der autologe Ansatz – die Erzeugung von iPSCs aus patienteneigenen Stammzellen – umgeht das Risiko einer Immunabstoßung durch Spenderzellen, ist aber ein längerer und ressourcenintensiverer Prozess. Beim allogenen Ansatz werden iPSCs aus gesunden Spenderzellen entwickelt und massenweise produziert, um Behandlungen „von der Stange“ bereitzustellen. Diese Zellen können jedoch bei der Transplantation eine Immunantwort hervorrufen. Expertinnen und Experten gehen davon aus, dass beide Methoden in Zukunft nebeneinander existieren werden. Als Schlüssel zur personalisierten Medizin ist die Auswahl des richtigen Ansatzes für den jeweiligen Patienten oder die Patientin von größter Bedeutung.³

Zur Herstellung von iPSCs werden Haut- oder Blutzellen per Biopsie entnommen und in eine Zellkulturschale gegeben. Dort aktiviert ein spezieller Genmix zuvor blockierte Segmente und ermöglicht so den offenen Zugang zum gesamten Genom. Bevor die iPSCs zur Untersuchung von Krankheiten verwendet oder in einen Patienten transplantiert werden können, werden sie zunächst spezifischen Wachstumsfaktoren ausgesetzt, mithilfe derer bestimmt wird, zu welchem Zelltyp sie sich entwickeln sollen. Diese revolutionäre Methode der Stammzellenproduktion birgt großes Potenzial in der Erforschung von Krankheiten und der regenerativen Medizin.⁴

Zukünftige Anwendungen
Es gibt noch viel Forschungsbedarf, aber die Möglichkeiten der iPSC-basierten Therapie sind zahlreich. Am vielversprechendsten ist ihr Einsatz bei Krankheiten, die durch das Versagen eines Zelltyps verursacht werden.⁵ 

Beispielsweise könnten iPSC-basierte Ansätze möglicherweise die dopaminergen Neuronen ersetzen, die bei der Parkinson-Krankheit degenerieren, die sterbenden Photorezeptorzellen bei Makuladegeneration wiederherstellen; und die angegriffenen Insulin-produzierenden Zellen reparieren, deren Zerstörung Typ 1-Diabetes verursacht.^4,6 

Eines Tages könnten sie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auch dabei helfen, ganze Organe zu modellieren oder künstlich nachzubauen. Damit wäre es möglich, Krankheiten zu simulieren und bei laufenden Studien früher Informationen über mögliche Nebenwirkungen zu erhalten.⁴ 

Bayer und seine Forschungspartner glauben, dass modernste Zelltherapien, wie iPSC-basierte Therapien, das Potenzial haben, die Zukunft der personalisierten und regenerativen Medizin zu revolutionieren. 

Wir bei Bayer glauben an das Potenzial modernster Zelltherapien wie iPSCs, die Zukunft der personalisierten und regenerativen Medizin zu revolutionieren. Bayer und BlueRock Therapeutics treiben derzeit eine klinische Studie voran, in der das Potenzial einer auf pluripotenten Stammzellen basierenden Therapie zur Behandlung der Parkinson-Krankheit, einer der häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen der Welt, untersucht wird.

References:
_{¹Cyranoski, D. Japanese woman is first recipient of next-generation stem cells. Nature (2014). Accessed March 9, 2022.
²Takahashi K, Yamanaka S. Induction of pluripotent stem cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by defined factors. Cell (2006). Aug 25;126(4):663-76. Accessed March 9, 2022.
³Nature Research Custom Media and Bayer AG. New cells for old: The emerging potential of pluripotent stem cells in regenerative medicine. September 2021. Accessed March 9, 2022.
⁴Bayer AG. Cell and gene therapy: The next milestone in fighting diseases. Infographic: Producing and using pluripotent stem cells. Accessed March 9, 2022.
⁵Wallace Ravven. The Stem-Cell Revolution Is Coming — Slowly. The New York Times. January 16, 2017. 
⁶Si Z, Wang X. Stem Cell Therapies in AD. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics May 1, 2021, 377 (2) 207-217. Accessed March 9, 2022.}