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90. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 30.01.2014. Genehmigung erweitert am 30.09.2014 (siehe 2.). Registereintrag zuletzt geändert am 03.05.2016.

1. Genehmigungsinhaber

Herr Dr. Anthony Gavalas, Technische Universität Dresden

2. Zell-Linien

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

  • hESBGN-01 (BresaGen, a Division of Novocell, Athens, GE, USA)
  • hESBGN-02 (BresaGen, a Division of Novocell, Athens, GE, USA)
  • hESBGN-03 (BresaGen, a Division of Novocell, Athens, GE, USA)
  • H1 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • HES3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
  • HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HS181 (Karolinska University Hospital, Stockholm, Schweden)
  • HS401 (Karolinska University Hospital, Stockholm, Schweden)
  • HS415 (Karolinska University Hospital, Stockholm, Schweden)

Im Rahmen der Erweiterung der Genehmigung vom 30.09.2014 wurden zur Durchführung der unten benannten Forschungsarbeiten die Einfuhr und Verwendung humaner embryonaler Stammzellen der folgenden weiteren Linie genehmigt:

  • VUB07 (Vrije Universiteit Brussel, Brüssel, Belgien)

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

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Im genehmigten Forschungsvorhaben sollen Vorgehensweisen für die effiziente Differenzierung von hES-Zellen in pankreatische Beta-Zellen und in Motoneurone entwickelt werden. Dabei sollen in einem ersten Teilprojekt reife und funktionsfähige Beta-Zellen aus hES-Zellen gewonnen, der Differenzierungsprozess optimiert und insbesondere jene Prozesse aufgeklärt und in vitro nachvollzogen werden, die bei der Entwicklung von Zellen des definitiven Entoderms in endokrine pankreatische Zellen und während der Reifung zu Insulin-sekretierenden Beta-Zellen ablaufen. Dabei soll u. a. die Rolle von Signalrezeptoren aufgeklärt werden, deren Genexpression durch bestimmte entodermale bzw. pankreatische Transkriptionsfaktoren reguliert wird. Nach terminaler Differenzierung sollen die entstandenen pankreatischen Beta-Zellen sowohl in vitro als auch nach Verkapselung und Transplantation in diabetische Tiermodelle bezüglich ihrer Eigenschaften und Funktionalität umfassend überprüft werden. Zudem soll die Reifung pankreatischer Vorläuferzellen auch nach Transplantation in die Augenkammer von Mäusen in vivo analysiert werden.

Im zweiten Teilprojekt soll die Frage geklärt werden, auf welchem Wege spezifische Subtypen von Motoneuronen aus hES-Zellen gewonnen werden können. Dazu soll in aus hES-Zellen generierten neuralen Vorläuferzellen die Expression verschiedener Gene für bestimmte Transkriptionsfaktoren moduliert und dies mit einer Modulation der Aktivität spezifischer Signalwege kombiniert werden, was zur Entwicklung von Vorläuferzellen verschiedener Subtypen von Motoneuronen führen soll. Zudem soll der Effekt von Agonisten bzw. Antagonisten bestimmter Signalrezeptoren auf die Regionalisierung und Reifung von neuralen Vorläuferzellen zu Motoneuron-Vorläufern bestimmt werden. Nach Charakterisierung und Passagierung der entstandenen Vorläuferzellen sollen diese in Motoneurone differenziert und dann in funktioneller Hinsicht, insbesondere bezüglich ihrer Fähigkeit zur Synapsenbildung, in vitro untersucht werden.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten unter Verwendung von hES-Zellen nach übereinstimmender Auffassung der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung und des RKI vor allem hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung. Sie können darüber hinaus zur Schaffung von Grundlagen für die Entwicklung neuer therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen beitragen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Frühe Schritte der entodermalen Differenzierung sind zwar mittlerweile gut verstanden, so dass Populationen polyhormonaler endokriner Vorläuferzellen reproduzierbar aus hES-Zellen in vitro gewonnen werden können, jedoch liegen zu den Prozessen der Ausreifung dieser Zellen zu funktionsfähigen Zellen des Pankreas derzeit nur wenige Erkenntnisse vor, und diese lassen sich in vitro nur mit geringer Effizienz nachvollziehen. Im ersten Teilprojekt soll die Rolle von Signalrezeptoren untersucht werden, deren Genexpression durch für die pankreatische Entwicklung maßgebliche Transkriptionsfaktoren differentiell reguliert wird. Die aus der Stimulation bzw. Blockade dieser Rezeptoren erwarteten Effekte auf die Reifung endokriner Vorläuferzellen zu Beta-Zellen sollen Erkenntnisse über Signalwege erbringen, die an der Reifung pankreatischer Zellen beteiligt sind und ggf. Rückschlüsse auf Prozesse zulassen, die während der Entwicklung des menschlichen Pankreas ablaufen. Die Kenntnis von Signalrezeptoren, die die Entwicklung endokriner Vorläuferzellen zu spezifischen Typen pankreatischer Zellen wie Beta-Zellen fördern oder hemmen, kann zudem zur Entwicklung verbesserter Protokolle für die Bereitstellung reifer Beta-Zellen in vitro beitragen. Damit würde auch eine notwendige Voraussetzung für eine künftige Gewebeersatztherapie des Diabetes mellitus geschaffen.

Im zweiten Vorhabensteil soll die Differenzierung von hES-Zellen zu Motoneuronen untersucht werden. Auf der Grundlage von im Mausmodell gewonnenen Erkenntnissen über die regionale Spezifizierung neuraler Vorläuferzellen und daran beteiligter Genprodukte soll überprüft werden, ob hES-Zellen bei induzierter Expression verschiedener entwicklungsspezifischer Gene ebenfalls in neurale Vorläuferzellen verschiedener regionaler Spezifität differenziert und diese anschließend in spezifische Typen von Motoneuronen differenziert werden können. Ferner soll auch in diesem Teilprojekt der Einfluss einer Stimulation bzw. Blockade differentiell regulierter Signalrezeptoren auf die Differenzierung von Vorläuferzellen, hier von neuralen Vorläuferzellen zu Motoneuronen bestimmt werden. Aus diesen Untersuchungen sollen Erkenntnisse darüber gewonnen werden, welche Signalwege an der Spezifizierung humaner neuraler Vorläuferzellen für verschiedene Subtypen von Motoneuronen beteiligt sind. Diese Erkenntnisse könnten einen wesentlichen Beitrag zum Verständnis von Prozessen der Neurogenese während der Embryonalentwicklung des Menschen leisten, der auf anderem Wege als durch Forschung an hES-Zellen nicht erlangt werden kann.

Die Forschungsarbeiten zielen ferner auf die Entwicklung von Protokollen für die effiziente In-vitro-Herstellung spezifischer Typen humaner Motoneurone. Die Verfügbarkeit reproduzierbar herstellbarer, gut charakterisierter und regional spezifizierter Motoneurone ist für die Modellierung menschlicher Erkrankungen, bei denen Motoneurone verschiedener Subtypen betroffen sind, von erheblicher Bedeutung. Derartige Modelle könnten künftig zur Aufklärung von Pathogenese-Mechanismen der jeweiligen Erkrankung und zur Identifizierung neuer targets für neue Medikamente genutzt werden.

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.

Zur Vorklärung des ersten Teilprojektes wurde dargelegt, dass Protokolle für die Differenzierung von hES-Zellen in Zellen des definitiven Entoderms und frühe endokrine Vorläuferzellen in der Vergangenheit publiziert worden sind. Untersuchungen des Genehmigungsinhabers unter Nutzung von murinen ES-Zellen zeigen, dass die induzierbare Expression von Genen für bestimmte pankreatische Transkriptionsfaktoren, wenn sie mit spezifischen extrazellulären Signalen kombiniert wird, das Potential der Zellen zur Differenzierung in endokrine Zellen mit glukoseabhängiger Insulinsekretion erheblich verstärkten konnte. Zudem wurden potentielle neue Zielgene der betreffenden Transkriptionsfaktoren identifiziert und die Rolle G-Protein-gekoppelter Rezeptoren in der pankreatischen Differenzierung während der Maus-Embryogenese bestimmt. Ferner wurden in murinen ES-Zellen Signalrezeptoren identifiziert, die durch differentielle Expression von für die endokrine/pankreatische Differenzierung relevanten Transkriptionsfaktoren reguliert werden. Diese Ergebnisse sollen nun auf das humane System übertragen werden.

Bezüglich der Vorklärung des zweiten Teilprojektes wurde dargelegt, dass Protokolle für die Differenzierung muriner und humaner pluripotenter Stammzellen in Motoneurone in der Vergangenheit etabliert wurden und zu Zellen führten, die Axone ausbildeten und in der Lage waren, Muskelzellen zu innervieren. Molekulare Vorgänge, die zur Regionalisierung neuraler Vorläuferzellen bei der Entwicklung des Nervensystems führen, wurden in der Vergangenheit ebenfalls beschrieben. Untersuchungen des Genehmigungsinhabers unter Nutzung muriner ES-Zellen legen nahe, dass die induzierte Expression von Genen für entwicklungsspezifische Transkriptionsfaktoren zu einer Regionalisierung neuraler Stammzellen führt und deren Differenzierung in spezifische Subtypen von Motoneuronen ermöglicht. Ferner wurden im Maussystem Signalrezeptoren identifiziert, die in Vorläuferzellen von Motoneuronen differentiell reguliert werden. Im genehmigten Forschungsvorhaben soll nun untersucht werden, welche extrazellulären Signale für die Differenzierung in verschiedene Typen humaner Motoneurone nötig sind, wobei die an murinen ES-Zellen gewonnenen Ergebnisse auf humane ES-Zellen übertragen werden sollen.

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

Die wissenschaftlichen Fragestellungen wurden bereits unter Nutzung von murinen ES-Zellen bzw. im Mausembryo umfassend untersucht. Die in der Maus gewonnenen Erkenntnisse sollen nun hinsichtlich ihrer Relevanz für sich differenzierende humane Zellen überprüft werden, was die Nutzung humaner Zellen erforderlich macht. Eine Übertragung von Ergebnissen aus dem Tiermodell auf den Menschen ist auf Grund von Unterschieden in der pankreatischen und neuralen Differenzierung nicht ohne weiteres möglich. Zudem zielen die Arbeiten langfristig auch auf die Bereitstellung von Zellen für die Gewebeersatztherapie beim Menschen, woraus sich ebenfalls die Notwendigkeit der Verwendung humaner Zellen ergibt.

Untersuchungen am Mausmodell legen nahe, dass sich die formulierten Forschungsziele des ersten Teilprojektes nicht unter Nutzung adulter oder fötaler pankreatischer Stammzellen erreichen lassen. Zwar konnten beispielsweise Stammzellen aus dem adulten bzw. sich entwickelnden Maus-Pankreas isoliert, propagiert und in pankreatische Zellen differenziert werden, jedoch war die Effizienz der Differenzierung sehr gering. Es ist außerdem nicht geklärt, inwieweit die entsprechenden Zellen des Menschen in Kultur ausreichend vermehrbar und differenzierungsfähig sind. Geeignete humane Stammzellen aus diesen Quellen stehen derzeit nicht in für die Projektdurchführung ausreichenden Mengen und reproduzierbarer Qualität zur Verfügung. Aus ähnlichen Gründen lassen sich die Forschungsziele auch des zweiten Projektteils voraussichtlich nicht unter Verwendung neuraler (adulter oder fötaler) Stammzellen des Menschen erreichen. Zudem haben auch diese Zellen eine nur eingeschränkte Differenzierungsfähigkeit in vitro.

Nach aktuellem Kenntnisstand ist auch nicht davon auszugehen, dass die Forschungsziele unter Verwendung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (hiPS-Zellen) erreicht werden können. hiPS-Zellen haben ein im Vergleich zu hES-Zellen stärker variierendes und teils deutlich geringeres pankreatisches und neuronales Differenzierungspotential. Hinzu kommen weiterhin ungeklärte Fragen nach ihrem epigenetischen Status sowie dem Einfluss der Produkte der zur Reprogrammierung genutzten Gene auf die Eigenschaften von iPS- Zellen.

Stand: 03.05.2016

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