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Zielgruppeneinstiege

51. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 02.02.2010. Forschungsvorhaben beendet. Genehmigung erloschen am 31.07.2016.

1. Genehmigungsinhaber(in)

Westfälische Wilhelms-Universität Münster

2. Zell-Linie(n)

Die genehmigten Forschungsarbeiten erfolgen unter Verwendung der folgenden humanen embryonalen Stammzell-Linien:

  • H1 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H7 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H13 (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

Im genehmigten Vorhaben sollen endotheliale Vorläuferzellen (endothelial progenitor cells, EPCs) aus humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) differenziert und charakterisiert werden. Dabei sollen die Zellen in verschiedenen Stadien ihrer Differenzierung bezüglich ihres Transkriptoms analysiert und auf diesem Wege Gene identifiziert werden, deren Produkte bei der endothelialen Differenzierung eine Rolle spielen. Der Einfluss der Hemmung der Expression solcher Gene auf die endotheliale Differenzierung soll dann ebenso untersucht werden wie die Produktion und Aktivierung von Komponenten der an der endothelialen Differenzierung beteiligten Signaltransduktionswege.

Während aus hES-Zellen bereits in der Vergangenheit transplantierbare EPCs gewonnen worden sind, ist über das entsprechende Potential von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) bislang wenig bekannt. Daher sollen beide Stammzelltypen bezüglich ihres In-vitro-Potentials zur endothelialen Differenzierung untersucht und aus ihnen abgeleitete EPCs bezüglich biochemischer, molekularbiologischer und funktioneller Eigenschaften verglichen werden. Die Eignung von aus beiden Stammzelltypen gewonnenen EPCs zur Therapie ischämischer Erkrankungen soll dann vergleichend tierexperimentell untersucht werden, wobei nach Transplantation der Zellen in verschiedene Mausmodelle ischämischer Erkrankungen insbesondere die Gefäßneubildung sowie die Integration der transplantierten Zellen in murine Endothelien untersucht werden sollen.

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.

Das Projekt lässt einerseits einen Gewinn an Erkenntnissen über die molekularen Grundlagen endothelialer Differenzierung beim Menschen erwarten. Durch den Vergleich der Transkriptome von sich als EPCs entwickelnden Zellen zu verschiedenen Zeitpunkten der Differenzierung und hES-Zellen können sich Erkenntnisse über Gene ergeben, deren Expression bzw. Repression mit endothelialer Differenzierung beim Menschen in Zusammenhang steht. Daraus könnten sich auch Hinweise auf spezifische Charakteristika multipotenter Vorläuferzellen ergeben, die Ausgangspunkt für die Endothelbildung während der Embryonalentwicklung des Menschen sind. Ferner soll die Aktivierung von Komponenten bestimmter Signalwege untersucht werden, die bekanntermaßen während der Differenzierung von humanen und/oder murinen ES-Zellen zu endothelialen Zellen aktiviert werden, wie beispielsweise der kanonische wnt-Signalweg oder der Ras-Signalweg. Für letzteren ist bislang nur eine Beteiligung an der Spezifizierung muriner endothelialer Zellen gezeigt worden, so dass aus den Untersuchungen auch Hinweise darauf erwartet werden können, ob und inwieweit dieser Signalweg auch bei der Endothelbildung im Menschen eine Rolle spielt. Die geplanten tierexperimentellen Untersuchungen werden voraussichtlich Erkenntnisse darüber erbringen, ob die verwendeten Differenzierungsprotokolle zu (in vivo) funktionalen endothelialen Zellen führen, die auch als Standard für vergleichende Untersuchungen an induzierten pluripotenten Zellen dienen können.

Durch die geplanten vergleichenden Untersuchungen an hiPS- und hES-Zellen sollen sich andererseits Erkenntnisse darüber ergeben, ob und inwieweit an hES-Zellen etablierte Protokolle für die endotheliale Differenzierung auch erfolgreich auf hiPS-Zellen angewandt werden können. Arbeiten zur gerichteten endothelialen Differenzierung von iPS-Zellen des Menschen liegen derzeit noch nicht vor. Es wird erwartet, dass sich aus den geplanten Experimenten Erkenntnisse darüber ergeben, ob hiPS-Zellen ein mit hES-Zellen vergleichbares Potential haben, in vitro Endothelzellen bilden zu können, die nach der Transplantation in Mausmodelle für ischämische Erkrankungen funktionsfähige Endothelien bilden, wie es bereits für hES-Zellen beschrieben worden ist. Damit wird das hochrangige Forschungsziel der Charakterisierung von hiPS-Zellen verfolgt. Aus hiPS-Zellen hergestellte EPCs, gegebenenfalls spenderspezifische EPCs aus Personen mit ischämischen Erkrankungen, könnten dann später für die Untersuchung pathologischer Vorgänge im Zusammenhang mit der Entstehung von Dysfunktionen bei der Gefäßbildung (beispielsweise bei Diabetes mellitus) genutzt werden. Dies könnte längerfristig Grundlage für ein besseres Verständnis der entsprechenden Pathogenese-Mechanismen sowie möglicherweise für die Identifizierung neuer targets für Arzneimittel sein.

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.

Die Differenzierung von murinen ES-Zellen zu E(P)Cs ist in der Vergangenheit durch mehrere Gruppen untersucht und die Ergebnisse sind publiziert worden. Zudem liegen bereits mehrere Studien vor, in denen hES-Zellen unter Nutzung von Protokollen, die verschiedene Differenzierungs- und Aufreinigungsschritte beinhalten, zu endothelialen Zellen differenziert worden sind. Die Beteiligung bestimmter Signalübertragungswege an der endothelialen Differenzierung wurde ebenfalls im Mausmodell, teilweise auch bereits an hES-Zellen untersucht. Die Transplantation von endothelialen Vorläuferzellen in Mausmodelle ischämischer Erkrankungen ist ebenfalls bereits unter Nutzung von EPCs aus verschiedenen Stammzelltypen, darunter muriner ES-Zellen, untersucht worden. Zudem liegen bereits Studien vor, in denen die Transplantation hES-Zell-abgeleiteter endothelialer Zellen zur Bildung funktionsfähiger Blutgefäße führte, wobei auch der Effekt der Transplantation in einem Mausmodell für die periphere Ischämie untersucht wurde.

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

Ob und inwieweit sich Prozesse der endothelialen Differenzierung verschiedener Spezies gleichen, ist derzeit nicht geklärt. In früheren Studien wurden beispielsweise deutliche Unterschiede in der Expression endothelialer Markergene zwischen murinen und humanen ES-Zellen und aus ihnen entstehenden embryoid bodies nachgewiesen. Protokolle für die Differenzierung muriner ES-Zellen in endotheliale Zellen waren bei hES-Zellen nur teilweise erfolgreich. Es ist folglich davon auszugehen, dass sich die Mechanismen der Differenzierung von murinen und humanen ES-Zellen zu Endothelzellen unterscheiden und dass das formulierte Forschungsziel, die Mechanismen dieser Differenzierung für den Menschen besser zu verstehen, die Verwendung menschlicher Zellen erfordert.

Die geplante Differenzierung von E(P)Cs über mehrere Stufen, die zu einem Verständnis der beim jeweiligen Differenzierungsschritt ablaufenden Prozesse führen soll, erfordert zudem die Verwendung embryonaler Stammzellen. Prozesse der frühen Spezifizierung zu multipotenten endothelialen Vorläuferzellen und die Untersuchung der daran beteiligten Signalwege können nur unter Verwendung eines noch früheren Zelltyps erfolgen; dies sind nach gegenwärtigem Kenntnisstand embryonale Stammzellen. Aus dem Blut oder aus Fettgewebe isolierte Zellpopulationen, die endotheliale Vorläuferzellen des Menschen enthalten, sind in ihrem Differenzierungsvermögen bereits eingeschränkt und zur Klärung der hier interessierenden Fragestellung, nämlich der frühen Prozesse der Endothelbildung während der menschlichen Entwicklung, nicht geeignet. Populationen dieser Zellen sind überdies inhomogen, schwer standardisierbar sowie teilweise schlecht definiert oder derzeit in für die Durchführung der Forschungsarbeiten nicht ausreichender Menge zu gewinnen.

Zudem sollen im Ergebnis des Vorhabens Aussagen darüber getroffen werden, ob aus hiPS-Zellen differenzierte endotheliale Zellen dieselben Eigenschaften haben wie Zellen, die aus hES-Zellen differenziert worden sind. Der beabsichtigte Vergleich beider Zelltypen, der dem hochrangigen Ziel dient, das Differenzierungspotential von hiPS-Zellen besser beurteilen zu können, erfordert notwendig die Verwendung von hES-Zellen.

Stand: 31.07.2016

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