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Zielgruppeneinstiege

27. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 19.03.2008. Forschungsvorhban beendet. Genehmigung erloschen am 31.05.2017.

1. Genehmigungsinhaber(in)

Frau Professor Elly Tanaka, Technische Universität Dresden (DFG-Forschungszentrum für Regenerative Therapien)

2. Zell-Linien

Die vorgesehenen Forschungsarbeiten basieren auf humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) der folgenden Linien:

  • H1 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H9 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)

Die Genehmigung gilt jeweils auch für die Einfuhr und Verwendung von Sub-Linien (z.B. von klonalen Sub-Linien oder genetisch modifizierten Derivaten) der genannten humanen embryonalen Stammzell-Linie(n).

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Gegenstand der genehmigten Arbeiten ist die Etablierung eines dreidimensionalen Kultursystems für frühe neuronale Vorläuferzellen, die aus humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) abgeleitet werden sollen. Ziel des Projektes ist es, an diesem neuartigen In-vitro-Kultursystem frühe neurale Entwicklungsprozesse des Menschen, insbesondere die Entwicklung des Neuralrohrs, zu untersuchen und dadurch zu neuen Erkenntnissen über die Entwicklungsbiologie des menschlichen Zentralnervensystems zu gelangen. Dazu sollen hES-Zellen, die zuvor gegebenenfalls genetisch modifiziert wurden, in dreidimensionale Matrizes aufgebracht und in die neurale Linie differenziert werden. Es wird erwartet, dass dabei dreidimensionale, zystenartige Strukturen entstehen, die aus frühen neuralen Zellen des Menschen bestehen und typische Eigenschaften eines frühen menschlichen Neuralrohr aufweisen. Das Vorliegen von für das Neuralrohr typischen Eigenschaften soll durch umfassende Charakterisierung der dreidimensionalen Zellverbände überprüft werden. In diesem Zusammenhang soll auch untersucht werden, welche Differenzierungsmarker der verschiedenen neuralen Linien auftreten und ob die Differenzierung in bestimmte Linien während der Entwicklung des dreidimensionalen Zellverbandes steuerbar ist. Im weiteren Verlauf des Projektes soll dann untersucht werden, ob die räumliche Anordnung der Zellen in der neuralrohrartigen Struktur durch Schaffung von Gradienten bestimmter Faktoren (z.B. sonic hedgehoc, SHH) während der Kultivierung beeinflusst werden kann, so dass die im Neuralrohr in vivobestehenden Verhältnisse in vitro besser widergespiegelt werden.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten an hES-Zellen nach übereinstimmender Auffassung der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung (ZES) und des Robert Koch-Institutes (RKI) hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Ausgehend von der Hypothese, dass Differenzierungsprozesse sehr wesentlich durch die dreidimensionale Anordnung von Zellen in einem Kultursystem beeinflusst werden, soll im genehmigten Vorhaben ein dreidimensionales In-vitro-Modell für die Untersuchung früher neuraler Entwicklungsvorgänge im Menschen etabliert und charakterisiert werden. Dabei soll hier vor allem zunächst die Frage geklärt werden, ob das zu etablierende In-vitro-Modell eines humanen Neuralrohrs tatsächlich Eigenschaften aufweist, die es für die Untersuchung entwicklungsbiologischer Vorgänge des Menschen geeignet erscheinen lassen.

Die Etablierung eines In-vitro-Modells für ein humanes Neuralrohr stellt aus verschiedenen Gründen ein Forschungsziel mit hoher Relevanz für die Grundlagenforschung dar. Einerseits könnten unter Nutzung dieses Modellsystems Prozesse der frühen menschlichen Embryonalentwicklung in einem der natürlichen Situation deutlich näheren Kontext als bislang untersucht werden, was zu einem besseren Verständnis molekularer und zellbiologischer Vorgänge der frühen Embryonalentwicklung des Menschen beitragen könnte. Andererseits kann das Neuralrohr-Modell auch Grundlagenerkenntnisse für ein Testsystem schaffen helfen, das in der Perspektive beispielsweise zur Aufklärung toxischer Wirkungen von Substanzen während früher Stadien der menschlichen Embryonalentwicklung verwendet werden könnte.

Darüber hinaus könnten neuralrohrartige Strukturen auf lange Sicht auch als Ausgangspunkt für Zellmaterial dienen, das künftig als Gewebeersatz im ZNS Anwendung finden soll. Arbeiten der Genehmigungsinhaberin im Axolotl-Modell haben gezeigt, dass ein korrektes signalling entlang der dorsal-ventralen Achse für die Regeneration des Rückenmarks von erheblicher Bedeutung ist. Sollte dies auch für den Menschen zutreffen, könnten neuralrohrartige Strukturen, wie sie im genehmigten Projekt entwickelt und charakterisiert werden sollen, langfristig auch als Ausgangsmaterial für potentiell transplantierbares neurales Gewebe von Bedeutung sein.

5. Notwendige Vorarbeiten und Erforderlichkeit der Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen für die mit dem Vorhaben verfolgten Fragestellungen

Im Antragsverfahren wurde dargelegt, dass in Hinblick auf die Möglichkeit der neuralen Differenzierung sowohl muriner als auch humaner ES-Zellen bereits zahlreiche Forschungsergebnisse vorliegen. Dies betrifft auch die grundsätzliche Fähigkeit von ES-Zellen verschiedener Spezies, in zweidimensionalen Kultursystemen Rosetten-artige Strukturen auszubilden, die bestimmte Eigenschaften eines sich entwickelnden Neuralrohrs aufweisen. Es wurde ferner dargelegt, dass die nun mit hES-Zellen geplanten Arbeiten bereits im Vorfeld der Antragstellung unter Verwendung muriner ES-Zellen von der Genehmigungsinhaberin selbst erfolgreich durchgeführt worden sind. So wurden aus murinen ES-Zellen unter neuro-induktiven Bedingungen dreidimensionale, zystenartige Strukturen erzeugt, die aus neuroepithelialen Zellen bestanden. Die Zysten wiesen dabei typische Eigenschaften eines sich entwickelnden Neuralrohrs auf. Die Zellen konnten zudem durch Zugabe von sonic hedgehog (SHH) ventralisiert werden, was darauf hinweist, dass die Reaktion der in der Zyste vorhandenen Zellen auf entwicklungsspezifische Signale ähnlich zur In-vivo-Situation ist. Der Übergang zur Nutzung humaner ES-Zellen mit dem Ziel der Klärung der Fragestellung, ob sich neuralrohrartige Strukturen auch aus menschlichen Zellen modellieren lassen, ist folglich gerechtfertigt.

Im Antragsverfahren wurde ferner dargelegt, dass die Verwendung von hES-Zellen zur Erreichung der Forschungsziele notwendig ist.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Etablierung eines In-vitro-Modellsystems, das Eigenschaften des sich entwickelnden menschlichen Neuralrohrs aufweist und an dem die Prozesse der Neurulation des Menschen, also der Entwicklung der pluripotenten Zellen des Epiblasten hin zu neuralen Vorläuferzellen, sowie molekulare Prozesse der sich anschließenden weiteren neuralen Differenzierung untersucht werden sollen. Die Untersuchung dieser Prozesse ist in anderen Spezies, insbesondere im Huhn und in der Maus, bereits umfangreich durchgeführt worden. Obwohl die frühe neurale Entwicklung im Reich der Wirbeltiere nach grundlegend gleichen Prinzipien abläuft, bestehen auch spezies-spezifische Besonderheiten, die für den Menschen nur unter Nutzung menschlicher Zellen untersucht werden können. Das Forschungsziel, ein System für die frühesten neuralen Entwicklungsprozesse im Menschen zu etablieren und daran diese Prozesse zu untersuchen, erfordert darüber hinaus humane Zellen, die noch keine Determinierung erfahren haben, sich also in einem sehr frühen Entwicklungsstadium befinden. Diese Eigenschaft haben nach gegenwärtigem Kenntnisstand nur hES-Zellen.

Die kürzlich beschriebene Gewinnung induzierter pluripotenter Stammzellen des Menschen steht der Verwendung von hES-Zellen im beantragten Projekt nicht entgegen. Es ist derzeit nicht geklärt, inwieweit diese Zellen bezüglich ihres neuralen Differenzierungspotentials humanen ES-Zellen vergleichbar sind. So zeigten einige der untersuchten Zell-Klone, die in einer der Studien aus postnatalen Fibroblasten abgeleitet worden waren, im embryoid body keine neuroektodermale Differenzierung. Eine gerichtete Differenzierung in Zellen der neuralen Linie wurde für iPS-Zellen bislang nicht beschrieben. Hinzukommt, dass keine Kenntnisse darüber vorliegen, welche konkreten epigenetischen Veränderungen in iPS-Zellen im Zuge der Reprogrammierung vor sich gehen und ob das Differenzierungspotential dieser Zellen dadurch insgesamt beeinträchtigt ist. Es ist gegenwärtig ferner nicht bekannt, inwieweit sich iPS-Zellen für die Untersuchung früher Phasen der menschlichen Embryonalentwicklung, einschließlich der im genehmigten Projekt zu untersuchenden frühen neuralen Differenzierungsprozesse des Menschen, eignen. Es ist derzeit also nicht geklärt, ob es sich bei reprogrammierten humanen Zellen um ein Ausgangsmaterial handelt, das im genehmigten Projekt in gleicher Weise wie hES-Zellen zur Untersuchung der vorgesehenen wissenschaftlichen Fragestellungen genutzt werden kann.

Stand: 31.05.2017

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