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36. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 20.01.2009. Genehmigung erweitert am 02.03.2009 (siehe 2.). Registereintrag zuletzt aktualisiert am 08.09.2010.

1. Genehmigungsinhaber(in)

Herr Prof. Dr. Thomas Eschenhagen, Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

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)
  • HES-2 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)

Im Rahmen der Erweiterung der Genehmigung vom 02.03.2009 wurden zur Durchführung der unten benannten Forschungsarbeiten die Einfuhr und Verwendung humaner embryonaler Stammzellen folgender weiterer Linien genehmigt.

  • H7 (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

Die Verwendung der o. g. humanen embryonalen Stammzellen wurde für ein Projekt genehmigt, das die bereits im Rahmen eines anderen genehmigten Projektes durchgeführten Arbeiten zur Herstellung künstlichen Herzgewebes (engineered heart tissue, EHT) fortführt und vertieft. Durch die Verwendung verbesserter bzw. neuer Protokolle soll der Prozess der Differenzierung von hES-Zellen zu Herzzellen dabei effektiver als bislang gestaltet werden; die entstehenden Zellen sollen hinsichtlich ihres Transkriptoms, ihres Proteoms sowie ihres Epigenoms mit hES-Zellen verglichen, an der kardialen Differenzierung beteiligte Faktoren identifiziert und analysiert sowie Strategien zur Anreicherung kardial differenzierter Zellen erarbeitet werden. Durch Verwendung neuer Methoden für die Formierung der EHTs sollen eine Miniaturisierung und eine bessere Standardisierbarkeit der EHTs erreicht werden. Die EHTs sollen bezüglich zahlreicher Parameter in vitro charakterisiert, mit EHTs aus Zellen anderen Ursprungs verglichen und gegebenenfalls auch in vivo nach Transplantation in Nager bezüglich ihrer Funktionalität untersucht werden. Weiterhin soll das Potential von hES-Zellen und humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) zur EHT-Bildung vergleichend untersucht werden.

Im Zuge der Untersuchung von Faktoren, die an der kardialen Differenzierung beteiligt sind, soll im Rahmen des genehmigten Projektes insbesondere die Expression der Gene für G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (G protein coupled receptors, GPCRs) in humanen ES-Zellen mittels einer neuen Methodik analysiert werden. Dadurch sollen Erkenntnisse darüber erzielt werden, welche dieser Rezeptoren eine Rolle bei der mesodermalen Differenzierung menschlicher Zellen im Allgemeinen und bei ihrer kardialen Differenzierung im Besonderen spielen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen dann gegebenenfalls für die Verbesserung von Protokollen zur kardialen Differenzierung genutzt und so die Effizienz der Herstellung von EHTs verbessert 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 RKI hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Die Arbeiten zur Herstellung von EHTs, die den Schwerpunkt des beantragten Projektes darstellen, waren bereits im Rahmen eines Genehmigungsverfahrens mit teilweise gleicher Zielsetzung (12. Genehmigung vom 13.09.2005) hinsichtlich des Vorliegens der Hochrangigkeit der Forschungsziele bewertet worden. Die dort benannten maßgeblichen Gründe gelten in gleicher Weise für die hier genehmigten diesbezüglichen Arbeiten. Hier erstmals formulierte weiterführende Arbeiten stellen im wesentlichen technische Modifikationen am experimentellen Vorgehen zur Differenzierung der hES-Zellen sowie zur Bildung gewebeartiger Strukturen aus hES-Zell-abgeleiteten Kardiomyozyten dar, die infolge eigener Erfahrungen bei der Entwicklung von EHTs sowie im Hinblick auf den internationalen Erkenntnisfortschritt vorgenommen werden. Diese Modifikationen dienen insgesamt dazu, die bereits als hochrangiges Forschungsziel bewertete Etablierung von EHTs effizienter gestalten zu können. Ferner sollen sie es ermöglichen, Grundlagen für mittelfristig denkbare Anwendungen von aus hES-Zellen etablierten EHTs, beispielsweise in der Hochdurchsatztestung von Substanzen auf kardiale (Neben)Wirkungen, zu schaffen. Entsprechende In-vitro-Testsysteme, die der menschlichen In-vivo-Situation möglichst nahe kommen und eine hohe Aussagekraft bezüglich der Wirkung von Substanzen am menschlichen Herzen haben könnten, würden es gegebenenfalls ermöglichen, Effekte von Arzneimitteln am Herzen in einem In-vitro-System zuverlässiger als bislang vorherzusagen zu können.

Weiteres Ziel der genehmigten Arbeiten ist die Identifizierung und Charakterisierung von GPCRs, deren Gene während der mesodermalen bzw. kardialen Differenzierung im Vergleich zu hES-Zellen, aber auch im Vergleich zu Zellen aus menschlichem Herzgewebe, differentiell exprimiert werden. Die Transkripte der gpcr-Gene sollen unter Nutzung einer neuen, bereits publizierten Methode (GPCR-Micro-Array) nachgewiesen werden. Die Expression bestimmter gpcr-Gene ist während der kardialen Differenzierung erhöht, so dass davon ausgegangen wird, dass GPRCs eine Rolle in der frühen Differenzierung spielen können. Durch Vergleich der Expression der GPCR-Gene verschieden weit (mesodermal bzw. kardial) differenzierter Zellen des Menschen könnten daher neue Erkenntnisse über die Rolle bestimmter GPCRs während der Spezifizierung von hES-Zellen zu mesodermalen bzw. ihrer Differenzierung zu kardialen Zellen erwartet werden. Ergebnisse dieser Untersuchungen könnten auch zu neuen Erkenntnissen über Vorgänge während der frühen Embryonalentwicklung des Menschen führen. Ferner kann die Kenntnis über GPCRs, die während der mesodermalen und kardialen Differenzierung differentiell reguliert werden, zur Optimierung von Protokollen für die In-vitro-Differenzierung bzw. für die Anreicherung von hES-Zellen in kardiale Vorläuferzellen genutzt werden. Schließlich können sich aus der Identifizierung von GPCRs in kardialen bzw. sich kardial differenzierenden Zellen Erkenntnisse hinsichtlich molekularer Grundlagen für neuartige In-vitro-Modelle für humane Erkrankungen sowie gegebenenfalls über neue drug targets ergeben.

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

Im Antragsverfahren wurde dargelegt, dass das Projekt in allen wesentlichen Punkten ausreichend vorgeklärt und der Übergang zur Nutzung humaner ES-Zellen folglich gerechtfertigt ist.

Das Vorliegen einer ausreichenden Vorklärung der Forschungsarbeiten, die auf die Herstellung menschlicher EHTs zielen, wurde bereits in einem anderen Antragsverfahren geprüft (12. Genehmigung vom 13.09.2005). Vorklärungen zu den nun geplanten Modifikationen am experimentellen Vorgehen bei den Forschungsarbeiten an hES-Zellen sind im Antragsverfahren dargelegt worden. Dies betrifft beispielsweise die Methoden zur genetischen Modifikation von hES-Zellen oder die zur Verwendung vorgesehenen Differenzierungsprotokolle, deren prinzipielle Eignung sowohl im Maussystem als auch teilweise bereits an hES-Zellen nachgewiesen worden ist. Untersuchungen zur vorgesehenen Miniaturisierung von EHTs wurden bereits unter Nutzung von neonatalen Kardiomyozyten aus Nagern durchgeführt und die Ergebnisse im Antragsverfahren dargelegt. Die Funktionalität dieser EHTs wurde anhand der Veränderungen ihrer Eigenschaften nach Exposition gegenüber beispielhaft verwendeten pharmakologischen Substanzen (Isoprenalin, Erythromycin) gezeigt.

Die Tatsache, dass GPCRs sowie ihre Liganden bei der mesodermalen und kardialen Differenzierung eine Rolle spielen, ist aus der Literatur bekannt. Für die Analyse der Transkripte der gpcr-Gene in sich differenzierenden embryonalen, mesodermalen und kardialen Zellen sollen neu entwickelte humane GPCR-micro-arrays eingesetzt werden. Diese Methodik war unter Nutzung humaner adulter Stammzellen etabliert worden und ist publiziert.

Im Antragsverfahren wurde ferner dargelegt, dass sich der mit dem Forschungsvorhaben angestrebte Erkenntnisgewinn voraussichtlich nur unter Verwendung von hES-Zellen erreichen lässt.

Die Notwendigkeit der Verwendung von hES-Zellen zur Herstellung von EHTs war bereits in einem früheren Genehmigungsverfahren (12. Genehmigung vom 13.09.2005) geprüft worden. In Hinblick auf die Möglichkeit, andere als hES-Zellen zur Erreichung des formulierten Forschungsziels verwenden zu können, liegen keine neuen Erkenntnisse vor. So ist bislang beispielsweise nicht bekannt, ob adulte Stammzellen des Menschen in vitro ein für die Erreichung der formulierten Forschungsziele ausreichendes kardiales Differenzierungspotential haben. Auch für humane induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) des Menschen liegen noch keine detaillierten Untersuchungen bezüglich ihrer kardialen Differenzierungsfähigkeit vor. Ihre Eignung für die Erreichung der formulierten Forschungsziele ist daher derzeit wissenschaftlich nicht belegt. Das im Wesentlichen noch unvollständige Verständnis für Reprogrammierungsvorgänge in iPS-Zellen, ihre im Vergleich zu hES-Zellen noch geringfügige Charakterisierung, die Verwendung von Onkogenen für ihre Herstellung und die nicht charakterisierten genetischen Modifikationen infolge des viralen Gentransfers lassen diese Zellen derzeit für die Erreichung der formulierten Forschungsziele weniger geeignet erscheinen als hES-Zellen.

Auch die geplante Untersuchung der molekularen Vorgänge, die während sehr früher zellulärer Differenzierungsprozesse ablaufen, nämlich im Zuge der mesodermalen Spezifizierung, erfordert die Verwendung von hES-Zellen. Adulte kardiale Stammzellen des Menschen, die erst kürzlich identifiziert wurden, sind in ihrer Differenzierung bereits weiter fortgeschritten und derzeit zudem nicht in ausreichenden Mengen kultivierbar. Ferner unterscheiden sich die molekularen Prozesse der Entwicklung in Herzzellen in verschiedenen Spezies (z.B. Induktion der kardialen Differenzierung oder Herzschlagfrequenz), so dass auch ES-Zellen anderer Spezies nicht für die Untersuchung der formulierten wissenschaftlichen Fragestellung genutzt werden können.

Stand: 08.09.2010

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