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56. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 30.11.2010

1. Genehmigungsinhaber(in)

Herr Professor Dr. Albrecht Müller, Institut für Medizinische Strahlenkunde und Zellforschung im Zentrum Experimentelle Molekulare Medizin der Universität Würzburg

2. Zell-Linien

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

  • H1 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • HS401 (Karolinska-Institut, Stockholm, Schweden)
  • HUES2 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES6 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • I3 (Technion, Haifa, Israel)
  • I6 (Technion, Haifa, Israel)
  • NCL-3 (Newcastle Fertility Centre, Newcastle upon Tyne, Großbritannien)
  • NCL-4 (Newcastle Fertility Centre, Newcastle upon Tyne, Großbritannien)
  • Shef 3 (University of Sheffield, Sheffield, Großbritannien)

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

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Inhalt der genehmigten Forschungsarbeiten ist die Untersuchung der Fragestellung, ob und inwieweit sich humane parthenogenetisch erzeugte pluripotente Stammzellen (hpPS-Zellen) und humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen) bezüglich ihrer Fähigkeit zur neuralen Differenzierung in vitro und in vivo gleichen bzw. unterscheiden. Dazu sollen beide Zelltypen in vitro zu neuralen Vorläuferzellen und in verschiedene neuronale und gliale Zelltypen differenziert werden. Neural differenzierte hpPS- und hES-Zellen sollen dann umfassend bezüglich ihrer biochemischen, molekularen und elektrophysiologischen Eigenschaften charakterisiert sowie hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht werden, sich in experimentell geschädigtes Nervengewebe von immunsuprimierten Mäusen zu integrieren. In diesem Zusammenhang soll auch die Rolle von Erythropoietin bei der neuralen Differenzierung humaner Stammzellen sowie der Einfluss dieses Hormons auf das Überleben, die Integration sowie die Reifung neuraler Vorläuferzellen, die aus hpPS- bzw. aus hES-Zellen abgeleitet wurden, nach Transplantation in Tiermodelle untersucht werden. Die Expression sowie das Imprinting von Genen, die im Gehirn monoallelisch exprimiert werden, sollen vergleichend in undifferenzierten sowie in neural differenzierten Zellen analysiert werden. Schließlich soll die Frage untersucht werden, ob und in welcher Weise sich die immunologischen Eigenschaften von hpPS- und hES-Zellen während der neuralen Differenzierung verändern, insbesondere hinsichtlich der Expression des humanen Leukozytenantigen (HLA)-Komplexes sowie bezüglich des T-Zell-Rezeptor-Repertoirs.

Die Forschungsarbeiten unter Verwendung von hES-Zellen sind mit den im Rahmen der 57. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz genehmigten Forschungsarbeiten identisch.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten an hES-Zellen nach übereinstimmender Auffassung der Zentralen Ethikkommission für Stammzellforschung (ZES) und des RKI hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung sowie der Erweiterung von Kenntnissen bei der Entwicklung diagnostischer, präventiver oder therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Gegenstand des Projektes ist die Untersuchung der Fragestellung, ob sich (uniparentale) hpPS-Zellen in gleicher Weise neuronal differenzieren lassen wie herkömmliche (biparentale) hES-Zellen. Die zentrale Fragestellung ist dabei, ob das Fehlen eines paternalen Genoms in hpPS-Zellen einen Einfluss auf die neuronale Differenzierung dieser Zellen bzw. auf die Eigenschaften der aus ihnen abgeleiteten neuralen (Vorläufer)Zellen hat. Die umfassende Charakterisierung der aus beiden Zelltypen gewonnenen neuralen Zellen wird voraussichtlich wichtige Aussagen darüber erbringen, ob sich beide Zelltypen gleichermaßen als Ausgangsmaterial für die Gewinnung humaner neuraler Zellen eignen oder ob hpPS-Zellen ein eingeschränktes neurales Entwicklungspotential aufweisen. Im Zusammenhang mit der neuralen Differenzierung von hES- und hpPS-Zellen soll gleichzeitig überprüft werden, ob das Hormon Erythropoietin einen positiven Effekt auf die neurale Differenzierung von hES-Zellen in vitro bzw. auf die Reifung von in das Maushirn transplantierten neuralen Vorläuferzellen und deren Integration in das neuronale Netzwerk hat. Daraus könnten sich ggf. neue Erkenntnisse über die neurale Differenzierung beim Menschen sowie ggf. verbesserte In-vitro-Differenzierungsprotokolle ergeben.

Eine zentrale Fragestellung der geplanten Arbeiten ist die Untersuchung des Imprinting (der „genomischen Prägung“) von Genen, die bei der neuralen Entwicklung eine Rolle spielen, in hES- und hpPS-Zellen sowie in aus diesen differenzierten neuralen Zellen. Aus diesen Untersuchungen können sich ggf. Erkenntnisse darüber ergeben, ob und inwieweit das Imprinting von diesen Genen während der In-vitro-Differenzierung zu neuralen Zellen aufrechterhalten wird, ob die betreffenden Gene mono- oder biallelisch exprimiert werden und ob dies für die In-vitro-Differenzierung von pluripotenten Stammzellen des Menschen in neurale Vorläufer und in verschiedene neurale und gliale Zelltypen bedeutsam ist. Dies kann ggf. Rückschlüsse auf die Bedeutung einer ausgewogenen Expression von „genomisch geprägten“ Genen in der menschlichen Entwicklung ermöglichen. Ferner sind vergleichende Untersuchungen zum Imprinting von hES-Zellen und hpPS-Zellen geplant. Eine umfassende Analyse des Imprinting ist bislang für keinen der beiden Zelltypen erfolgt. Aus den beabsichtigten Analysen lassen sich daher voraussichtlich auch Schlußfolgerungen darüber ziehen, ob hES- bzw. hpPS-Zellen den für die jeweils untersuchten Gene erwarteten Imprinting-Status aufweisen, ob zwischen verschiedenen Zell-Linien Unterschiede hinsichtlich des Imprinting-Status vorliegen und ob dies ggf. Auswirkungen auf die Eigenschaften der Zellen hat, insbesondere auf ihre Differenzierungsfähigkeit in vitro.

Die genehmigten Forschungsarbeiten dienen in ihrer weiteren Perspektive auch der Klärung der Fragestellung, ob sich aus hpPS-Zellen gewonnene neurale Zellen prinzipiell für zelltherapeutische Ansätze im ZNS eignen könnten. In diesem Zusammenhang steht auch die geplante vergleichende Untersuchung bestimmter immunologischer Eigenschaften von hES- und hpPS- Zellen sowie der aus ihnen abgeleiteten neuralen Zellen. Eine potentielle Anwendung von hpPS-Zellen in der regenerativen Medizin würde aber voraussetzen, dass sich hpPS-Zellen überhaupt in vitro in die benötigten Populationen neuraler Zellen differenzieren lassen, was im genehmigten Projekt überprüft werden soll.

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 die Nutzung humaner ES-Zellen gerechtfertigt ist.

Das neurale Differenzierungsvermögen uniparentaler pluripotenter Stammzellen ist bereits in der Vergangenheit untersucht worden, beispielsweise an Zellen aus der Maus oder aus nicht-humanen Primaten. Dabei zeigten diese Zellen die Fähigkeit, sich in neurale Vorläuferzellen zu entwickeln und beispielsweise dopaminerge Neuronen zu bilden. Ferner können sich uniparentale Stammzellen nach Injektion in Blastozysten von Mäusen an der Bildung des Zentralnervensystems beteiligen, wobei Unterschiede zwischen Stammzellen mit zwei mütterlichen und zwei väterlichen Genomen auftraten. Zudem liegen bereits mehrere Studien zum Imprinting humaner embryonaler Stammzellen vor, in denen beispielsweise der Einfluss der Kulturbedingungen auf die Integrität des Imprinting von hES-Zellen sowie Veränderungen während der adipogenen und osteogenen Differenzierung untersucht wurden.

Protokolle für die neurale Differenzierung von hES-Zellen sind bereits in der Vergangenheit etabliert worden. Hinsichtlich der Wirkung von Erythropoietin in der neuralen Differenzierung liegen In-vivo-Studien zur neuroprotektiven Wirkung dieses Hormons in verschiedenen Tiermodellen für Verletzungen des Zentralnervensystems vor. Zudem ist bekannt, dass Erythropoietin zur In-vitro-Reifung neuraler Vorläuferzellen beiträgt. Auch zur Frage einer möglichen Veränderung des Immunstatus von pluripotenten Stammzellen während ihrer Differenzierung existieren bereits zahlreiche Vorarbeiten, die mit Stammzellen verschiedener Spezies durchgeführt wurden.

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

Primäres Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das neurale Differenzierungspotential von (uniparentalen) hpPS-Zellen zu analysieren und mit dem von pluripotenten Stammzellen zu vergleichen. Aus den Ergebnissen sollen ggf. Schlußfolgerungen über den Einfluss des Fehlens eines väterlichen Genoms, des Imprinting sowie einer ausgewogenen Expression genomisch geprägter Gene auf die Fähigkeit der Zellen zur neuralen Differenzierung gezogen werden. Um dies einschätzen zu können, wird zu Vergleichszwecken ein Zelltyp benötigt, der erstens humanen Ursprungs ist, zweitens eine biparentale Herkunft hat und drittens eine uneingeschränkte Fähigkeit zur neuralen Differenzierung aufweist. Diese Eigenschaften haben aber allein humane embryonale Stammzellen.

Pluripotente Stammzellen anderen als menschlichen Ursprung können aufgrund der ausgeprägten Spezies-Spezifität des Imprinting sowie Spezies-spezifischer Besonderheiten in der neuralen Differenzierung hier nicht zu Vergleichszwecken genutzt werden. Andere humane Stammzellen, beispielsweise neurale Stammzellen, sind aufgrund der Tatsache, dass sie bereits frühe Prozesse der neuralen Differenzierung durchlaufen haben, ebenfalls nicht für die hier geplanten vergleichenden Untersuchungen geeignet, da auch Prozesse der frühen Differenzierung zu neuralen Vorläuferzellen im genehmigten Forschungsvorhaben vergleichend untersucht werden sollen. Die Nutzung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) ist hier ebenfalls keine Alternative zur Verwendung von hES-Zellen. Gerade zum Charakter der epigenetischen Eigenschaften von hiPS-Zellen sowie zum Imprinting in hiPS-Zellen bestehen derzeit nur sehr unvollständige Kenntnisse. Zudem weisen diese Zellen ein im Vergleich zu hES-Zellen teils stark uneinheitliches neurales Differenzierungsvermögen auf, dessen Ursachen bislang ungeklärt sind.

Ferner soll geklärt werden, inwieweit hpPS-Zellen pluripotenten Zellen bezüglich anderer Aspekte gleichen, die für ihre Klassifizierung als potentiell pluripotente Stammzellen von Bedeutung sind. Dies betrifft beispielsweise die Analyse des Imprinting undifferenzierter Zellen sowie die Fähigkeit zur Teratombildung. Dazu sind vergleichende Untersuchungen zwischen hpPS-Zellen und hES-Zellen, die den einzig unstrittig pluripotenten humanen Zelltyp darstellen, notwendig.

Stand: 30.11.2010

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