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Zielgruppeneinstiege

99. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 14.01.2015, Genehmigung zuletzt geändert am 27.06.2017.

1. Genehmigungsinhaber(in)

Technische Universität, Dresden

2. Zell-Linien

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

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

Im Rahmen der Änderung der Genehmigung vom 27.06.2017 wurden zur Durchführung der unten benannten Forschungsarbeiten die Verwendung humaner embryonaler Stammzellen folgender weiterer Linien genehmigt:

  • H7 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • HES-3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
  • 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)
  • HS181 (Karolinska University Hospital, Stockholm, Schweden)
  • HS401 (Karolinska University Hospital, Stockholm, Schweden)
  • HS415 (Karolinska University Hospital, Stockholm, Schweden)
  • HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • I3 (Technion – Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)
  • I6 (Technion – Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)
  • Shef-3 (Sheffield University, Sheffield, Großbritannien)
  • Shef-6 (University of Sheffield, Sheffield, Großbritannien)
  • VUB07 (Vrije Universiteit Brussel, Brüssel, Belgien)

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-Linien.

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Im ersten Teil des genehmigten Forschungsvorhabens soll ein Hochdurchsatzverfahren zur Identifizierung und Verifizierung von Wirkstoffen entwickelt werden, die die Phagozytose durch Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE-Zellen) stimulieren. Eine verminderte Phagozytose durch RPE-Zellen ist ursächlich für eine Reihe von Augenerkrankungen wie beispielsweise verschiedene Formen der Makula-Degeneration. Im Forschungsvorhaben sollen humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen) zunächst in RPE-Zellen (hES-RPE-Zellen) differenziert und diese zur Etablierung, Optimierung und Miniaturisierung eines In-vitro-Testsystems zur Phagozytose-Messung genutzt werden. Mittels dieses Testsystems sollen dann die Methoden zur Bestimmung der Phagozytoseaktivität verfeinert und schließlich mehrere, ggf. auch große Wirkstoff-Bibliotheken im Hochdurchsatzverfahren nach Substanzen durchsucht werden, die die Phagozytose durch RPE-Zellen stimulieren. Potentielle Wirkstoffe sollen dann in vitro sowie in einem humanisierten Mausmodell getestet werden, in das zuvor aus hES-Zellen abgeleitete RPE-Zellen transplantiert wurden.

Im zweiten Teil des Forschungsvorhabens sollen – auch unter Nutzung des zuvor entwickelten Testsystems – molekulare Vorgänge bei der Phagozytose in hES-RPE-Zellen aufgeklärt werden. Dabei sollen u.a. Gene identifiziert werden, deren Ausschaltung zu einer veränderten Phagozytoseleistung führen. Identifizierte Gene sollen bezüglich der Funktion ihrer Produkte bei der Phagozytose untersucht und auf diesem Wege ggf. auch mögliche Zielstrukturen für neue Wirkstoffe identifiziert werden, die die Phagozytose in RPE-Zellen beeinflussen könnten. Weiterhin sollen die Genexpressionsprofile von hES-RPE-Zellen detailliert untersucht sowie ihre Phagosome isoliert, bezüglich ihrer Zusammensetzung analysiert und mit entsprechenden Daten aus primärem humanen Material verglichen werden. Schließlich sollen einzelne Schritte der Phagozytose von Photorezeptor-Außensegmenten (PAS) durch RPE-Zellen im Detail untersucht werden. Dazu sollen in hES-Zellen Fluoreszenzmarker an Gene gekoppelt werden, deren Produkte an der Phagozytose bekanntermaßen beteiligt sind oder deren Relevanz für die Phagozytose im Verlaufe des Vorhabens erkannt wurde. Die modifizierten hES-Zellen sollen dann in RPE-Zellen differenziert und diese anschließend beispielsweise zur Untersuchung der Kinetik des Membrantransportes sowie zur Bestimmung der intrazellulären Lokalisation von Membrankomponenten genutzt werden. Schließlich sollen Gene gezielt ausgeschaltet werden, deren Produkte als für spezifische Schritte der Phagozytose (z.B. Internalisierung, Membrantransport etc.) wesentlich identifiziert wurden. Die entsprechend modifizierten hES-Zellen sollen dann in RPE-Zellen differenziert und diese anschließend zur Bestimmung der Funktion der jeweiligen Genprodukte für die Phagozytose genutzt 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 sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die Erweiterung medizinischer Kenntnisse bei der Entwicklung präventiver und therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Mit den genehmigten Forschungsarbeiten werden zwei grundsätzliche Zielstellungen verfolgt: Zum einen soll ein auf hES-RPE basierendes In-vitro-Testsystem für die Identifizierung von Substanzen etabliert werden, die die Phagozytose von PAS durch RPE-Zellen stimulieren und so das Voranschreiten von Erkrankungen der Retina, wie beispielsweise von Retinitis pigmentosa oder von verschiedenen Formen der Makula-Degeneration, möglicherweise verlangsamen bzw. verhindern können. Mit diesem In-vitro-Testsystem sollen bereits im Zuge des Forschungsvorhabens potentielle Wirkstoffe identifiziert und ggf. im Tiermodell verifiziert werden. Zum anderen soll das Forschungsvorhaben zum Verständnis der molekularen Grundlagen jener molekularen Prozesse in RPE-Zellen beitragen, die am Abbau von Photorezeptor-Außensegmenten durch RPE-Zellen beteiligt sind.

Degenerative Erkrankungen des retinalen Pigmentepithels sind die häufigste Ursache für Altersblindheit. Insbesondere die sog. altersbedingte Makula-Degeneration betrifft eine von zehn älteren Personen in der westlichen Welt. Die Erkrankungen werden durch eine fortschreitende Atrophie des retinalen Pigmentepithels verursacht, die durch eine verminderte Phagozytose von PAS durch RPE-Zellen bedingt sein und zur Erblindung führen kann. Angesichts des Fehlens einer ausreichenden endogenen Reparaturkapazität sowie der Nichtverfügbarkeit adäquater Therapien ist die Identifizierung neuer potentieller Wirkstoffe und ihre Entwicklung als Medikamente zur Behandlung solcher Erkrankungen – insbesondere mit Blick auf eine älter werdende Bevölkerung in den Industriestaaten – von erheblicher Relevanz.

Im genehmigten Vorhaben sollen ferner molekulare Grundlagen der Phagozytose in RPE-Zellen untersucht werden, die bislang nur unvollständig verstanden sind. So sollen u.a. Gene identifiziert werden, deren Produkte an der Regulation der Phagozytose von PAS beteiligt sind, sowie mit diesen in Zusammenhang stehende weitere Moleküle und Signalwege bestimmt werden. Die einzelnen Prozesse der Phagozytose sollen  im Detail studiert werden, u.a. durch Herstellung und Nutzung von auf hES-Zellen basierenden Reporterzellen sowie durch Überexpression bzw. knock out bestimmter Gene in hES-Zellen und aus diesen abgeleiteten RPE-Zellen. Diese Arbeiten können Rückschlüsse auf die Relevanz spezifischer Genprodukte für bestimmte Schritte der Phagozytose in RPE-Zellen zulassen, ggf. zur Identifizierung neuer targets für Wirkstoffe zur Behandlung von Augenerkrankungen führen und insgesamt zum besseren Verständnis von den molekularen Prozessen der Phagozytose in RPE-Zellen beitragen.

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 ist.

Die zentrale Rolle einer verminderten Phagozytose von PAS durch RPE-Zellen ist als Ursache einer Reihe von Augenerkrankungen zweifelsfrei belegt. Prozesse der Phagozytose in RPE-Zellen, beispielsweise die Ansäuerung der Lysosomen nach Internalisierung von PAS, können durch Modulation spezifischer Signalwege beeinflusst werden, was den grundsätzlichen Ansatz, weitere derartige Substanzen zu identifizieren und ggf. als Arzneimittel zu entwickeln, plausibel macht. Eine Methode zur effizienten Differenzierung von RPE-Zellen aus hES-Zellen wurde beim Genehmigungsinhaber in der Vergangenheit etabliert, wobei die RPE-Zellen in der Lage waren, PAS mit hoher Effizienz zu phagozytieren. Die nach dieser Methode gewonnenen hES-RPE-Zellen haben weitere wesentliche Eigenschaften, die sie für einen Einsatz in Hochdurchsatzsystemen geeignet machen. Ferner wurden in der Vergangenheit Assays zur Bestimmung der Phagozytoseaktivität von RPE-Zellen entwickelt und erfolgreich eingesetzt; die für das Forschungsvorhaben benötigten Tiermodelle wurden in der Vergangenheit ebenfalls etabliert. Auch bestimmte Prozesse des Abbaus von PAS in RPE-Zellen sind bereits untersucht worden. Dabei wurden u.a. Proteine identifiziert, die in den verschiedenen Stadien der Phagozytose in RPE-Zellen jeweils eine zentrale Rolle spielen oder an ihnen beteiligt sind. Dies betrifft beispielsweise Rezeptorproteine, Proteinkinasen oder Komponenten des Zytoskeletts. Das methodische Vorgehen bei der Untersuchung der molekularen Prozesse bei der PAS-Phagozytose ist ebenfalls umfassend vorgeklärt. Dies betrifft beispielsweise die Methoden zur Detektion von Phagozytose in Einzelzellen, das geplante Vorgehen bei der Identifizierung von für Phagozytoseprozesse relevante Genprodukte und Signalwege, Methoden zur genetischen Modifikation von hES-Zellen sowie verschiedene Vorgehensweisen zur Analyse des Genoms, Proteoms und Lipidoms oder zur fluoreszenzmikroskopischen Untersuchung von Prozessen der Phagozytose.

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

Zur Erreichung der formulierten Forschungsfragen sind humane RPE-Zellen erforderlich, die in großer Menge, hoher Reinheit sowie in einem fortgeschrittenen Differenzierungsstadium vorliegen, wobei weder Dedifferenzierung noch Proliferation auftreten dürfen. Insbesondere aus ES-Zellen der Maus abgeleitete RPE-Zellen weisen in verschiedener Hinsicht andere Eigenschaften auf als humane RPE-Zellen und sind daher für die Erreichung der Forschungsziele nicht geeignet. Primäre menschliche RPE-Zellen stehen – aufgrund ihrer Herkunft aus Spendermaterial – nicht in für die Projektdurchführung ausreichender Menge und reproduzierbarer Qualität zur Verfügung. Primäre RPE-Zellen zeigen zudem in Zellkultur die Tendenz zur Dedifferenzierung mit Übergang von einem epithelialen zu einem mesenchymalen Phänotyp und wären daher, selbst wenn sie in ausreichender Menge gewonnen werden könnten, zur Erreichung der Forschungsziele nicht geeignet. Die Forschungsziele können nach derzeitigem Kenntnisstand auch nicht unter Nutzung (immortalisierter) menschlicher RPE-Zell-Linien erreicht werden. Humane RPE-Zell-Linien weisen ein von primären RPE-Zellen deutlich unterschiedliches Genexpressionsprofil auf, zeigen in Kultur keine Polarität und sind nicht kontaktinhibiert, was mit Problemen bei ihrer Nutzung in Hochdurchsatzverfahren verbunden wäre.

Ferner wurde dargelegt, dass nach derzeitigem Kenntnisstand die Forschungsziele auch nicht unter ausschließlicher Nutzung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) zu erreichen sind. Zwar wurden bereits mehrere Studien über die erfolgreiche Ableitung von RPE-Zellen aus hiPS-Zellen veröffentlicht. Jedoch sind die Befunde über die Effektivität der Ableitung von RPE-Zellen aus hiPS-Zellen und die Eigenschaften der so gewonnenen RPE-Zellen unterschiedlich und teils widersprüchlich. Dies betrifft beispielsweise die im Vergleich zu hES-Zellen offenbar geringere Fähigkeit zur Differenzierung in RPE-Zellen, starke klonale Unterschiede zwischen verschiedenen hiPS-Zell-Linien, das teilweise beobachtete Auftreten deutlicher Anzeichen von Seneszenz bereits nach wenigen Passagen in den gewonnenen RPE-Zellen sowie die Abhängigkeit des Differenzierungsvermögens vom jeweiligen epigenetischen Status der genutzten hiPS-Zellen. Ein geringeres Vermögen von hiPS-Zellen, in Zellen des retinalen Pigmentepithels zu differenzieren, wurde auch beim Genehmigungsinhaber beobachtet, was sich bereits in einer geringeren Expression des Pax6-Gens in RPE-Vorläuferzellen manifestierte und zu Zellen führte, die nicht in gleichem Maße wie hES-Zell-abgeleitete RPE-Zellen als homogener Zellrasen kultiviert werden konnten. Dies ist aber Voraussetzung für eine Nutzung in der Hochdurchsatzprüfung. Aus diesen Gründen eignen sich nach gegenwärtigem Kenntnisstand allein hES-Zellen, um das im Vorhaben angestrebte In-vitro-System in der vorgesehenen Qualität und Effizienz zu etablieren.

Stand: 27.06.2017

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