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Zielgruppeneinstiege

110. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 31.03.2016

1. Genehmigungsinhaberin

TWINCORE – Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung GmbH

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)
  • I3 (Technion ‒ Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)
  • HES-2 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
  • HES-3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
  • HUES2 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
  • HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)

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

Gegenstand der genehmigten Forschungsarbeiten ist die Etablierung eines Zellmodells für die Infektion mit humanem respiratorischem Synzytial-Virus (hRSV), die Nutzung dieses Zellmodells für die Untersuchung früher Ereignisse der hRSV-Infektion (Interaktion des Virus mit Rezeptoren, Zelleintritt etc.) sowie die Identifizierung potentieller Wirkstoffe gegen hRSV. Dazu sollen humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen) nach publizierten und ggf. zu optimierenden Vorgehensweisen in Lungenepithelzellen differenziert und die Zellen zu verschiedenen Zeitpunkten ihrer Differenzierung mit hRSV infiziert werden, wobei die Permissivität der infizierten Zellen für hRSV bestimmt und in Bezug zum zellulären Genexpressionsmuster gesetzt werden soll. Auf diesem Wege sollen ggf. Gene identifiziert werden, deren Produkte für die hRSV-Infektion relevant sind. Diese Gene sollen dann in hES-Zellen entweder überexprimiert oder ihre Expression gehemmt bzw. ausgeschaltet werden. Nach Differenzierung der genetisch veränderten Zellen in Lungenepithelzellen sollen diese mit hRSV infiziert und der Einfluss der jeweiligen genetischen Veränderung auf den Verlauf der Infektion bestimmt werden. Insbesondere soll überprüft werden, ob und in welchem Maße in hES-Zell-abgeleiteten Lungenepithelzellen zu verschiedenen Zeitpunkten ihrer Differenzierung Gene für mutmaßliche hRSV-Rezeptoren exprimiert werden, ob die betreffenden Genprodukte im genutzten Zellmodell für die Bindung von hRSV an die Zelloberfläche relevant sind und welchen Effekt der knock out bzw. knock down der entsprechenden Gene auf die Permissivität der Zellen für hRSV hat. Schließlich soll das Zellmodell auf seine Eignung zur Bestimmung von Effekten antiviral wirksamer Medikamente hin überprüft und ggf. zur Testung von Substanzen mit vermuteter Wirkung gegen die hRSV-Infektion genutzt werden.

Die genehmigten Forschungsarbeiten werden vergleichend auch unter Nutzung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (hiPS-Zellen) durchgeführt.

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 Robert Koch-Institutes (RKI) hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn für die Grundlagenforschung sowie für die Entwicklung neuer therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Infektionen der unteren Atemwege mit hRSV können vor allem bei Patienten im Säuglings- und Kleinkindalter, aber auch bei älteren und immunsupprimierten Menschen, teils schwere Verläufe haben. Für die hRSV-Infektion bestehen nur unzureichende kausale Therapiemöglichkeiten, eine prophylaktische Vakzine gegen hRSV ist nicht verfügbar. Grundlage für die gezielte Entwicklung neuer antiviraler Medikamente ist die Verfügbarkeit von geeigneten Infektionsmodellen, die die Identifizierung möglicher Angriffspunkte im viralen Infektionszyklus erlauben könnten.

Im Zuge der genehmigten Forschungsarbeiten sollen zunächst verbesserte Protokolle für die Herstellung von reifen (d. h. zilientragenden und schleimbildenden) Lungenepithelzellen aus pluripotenten Stammzellen entwickelt werden, was angesichts des Bedarfs an solchen Zellen für die Forschung von Relevanz ist. Im weiteren sollen Lungenepithelzellen in verschiedenen Stadien der Differenzierung mit hRSV infiziert und die Genexpressionsprofile der Zellen jeweils analysiert werden. Ziel ist es, jene Phasen der Differenzierung zu bestimmen, in denen eine Infektion mit hRSV überhaupt möglich ist und Gene zu identifizieren, deren Produkte die Permissivität der Zellen für hRSV modulieren, wobei der Fokus auf die Identifizierung bzw. Verifizierung der hRSV-Rezeptorgene gerichtet ist. Derzeitige Kenntnisse über hRSV-Rezeptoren wurden vielfach unter Nutzung von Tumorzell-Linien gewonnen; mit den genehmigten Forschungsarbeiten soll u. a. die Relevanz dieser Rezeptoren für die Infektion humaner Zellen in einem stärker authentischen Zellmodell überprüft und Kenntnisse über hRSV-Rezeptoren sowie über Viruskomponenten bzw. Wirtszellfaktoren gewonnen werden, die für die Bindung von hRSV an die Wirtszellen erforderlich sind und folglich Ziele für medikamentöse Interventionen bzw. für inaktivierende Antikörper sein könnten.

Im folgenden soll die Rolle von Genprodukten, die die Permissivität der Zellen für eine Infektion mit hRSV modulieren, näher untersucht werden. Die Expression der entsprechenden Gene soll dazu entweder vermindert oder ausgeschaltet und die Permissivität der so veränderten Zellen für hRSV nach Differenzierung bestimmt werden. Daraus werden Erkenntnisse über zelluläre Faktoren erwartet, die insbesondere für die verschiedenen Stadien des Zelleintritts von hRSV (Zellkontakt, Rezeptorbindung, Internalisierung, Membranfusion) von Bedeutung sind. Die Arbeiten können voraussichtlich neue Erkenntnisse über Virus-Wirts-Wechselwirkungen bei der hRSV-Infektion erbringen, zur Identifizierung und Charakterisierung daran beteiligter Moleküle und Signalwege beitragen und so ggf. Grundlagen für die Entwicklung antiviraler Medikamente schaffen helfen.

Schließlich soll das im Vorhaben etablierte Zellmodell für die hRSV-Infektion genutzt werden, um Substanzen mit potentieller Wirkung gegen hRSV bezüglich ihrer Effekte in einem relevanten Zellmodell zu untersuchen. Die Eignung des Zellmodells für diese Zwecke soll zunächst unter Einsatz der bereits klinisch eingesetzten Substanzen/Antikörper bestätigt werden, um anschließend weitere Kandidaten für Wirkstoffe hinsichtlich ihrer Wirksamkeit zur Verringerung der hRSV-Infektion zu validieren. Dabei sollen die Effekte der jeweiligen Wirkstoffkandidaten insbesondere auf die Virusproduktion bestimmt werden. Die Validierung potentieller Wirkstoffe in einem relevanten Zellmodell kann ein wesentlicher Schritt bei der Entwicklung neuer Medikamente 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 ist.

Protokolle für die Gewinnung von Lungenepithelzellen aus pluripotenten Stammzellen des Menschen sind in den letzten Jahren mehrfach in der Literatur beschrieben worden, so dass hier auf einem breiten Kenntnisstand über mögliche Vorgehensweisen aufgebaut werden kann. Die Frage nach dem Mechanismus des Zelleintritts von hRSV sowie nach möglichen Rezeptoren ist ebenfalls in vielen Studien untersucht worden. Mögliche hRSV-Rezeptoren wurden in der Vergangenheit an immortalisierten humanen und nicht-humanen Zell-Linien identifiziert, ihre Relevanz für die Infektion der unteren Atemwege des Menschen ist jedoch angesichts jüngerer publizierter Studien ggf. fraglich. Die Techniken, die im Rahmen der Identifizierung neuer, die hRSV-Infektion bestimmender oder modulierender Faktoren in den Wirtszellen zum Einsatz kommen sollen, sind bereits an hES-Zellen umfangreich erprobt und die Ergebnisse in der wissenschaftlichen Literatur veröffentlicht worden. Dies betrifft auch Fragen zur genetischen Veränderung von hES-Zellen. Die Eignung des Zellmodells zur Testung von Wirkstoffeffekten soll zunächst unter Nutzung bekannter Wirkstoffe überprüft werden, wozu das Nukleotid-Analogon Ribavirin und der hRSV-Antikörper Palivizumab genutzt werden sollen. Die Wirkung beider Substanzen gegen hRSV ist, da sie klinisch eingesetzt werden, gut belegt. Weitere Wirkstoffkandidaten wurden in anderen Zellmodellen der hRSV-Infektion durch die Genehmigungsinhaberin identifiziert und die Ergebnisse 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 menschlicher Zellen ergibt sich aus dem Forschungsziel, einen Erkenntnisgewinn über die Wechselwirkung von hRSV mit seinen natürlichen Wirtszellen in den unteren Atemwegsepithelien des Menschen und über für den Menschen spezifische Wirtsfaktoren zu erzielen. Zwar kann hRSV auch Zellen anderer Spezies infizieren, jedoch wären Ergebnisse, die unter Verwendung von Zellen anderer Spezies gewonnen würden, nicht ohne weiteres auf das humane System extrapolierbar. Die Erreichung der Forschungsziele erfordert folglich die Nutzung menschlicher Zellen.

Primäre humane Lungenepithelzellen können angesichts ihrer nur geringen Verfügbarkeit sowie der erheblichen Probleme, die angesichts der uneinheitlichen, schwer reproduzierbaren und nicht standardisierbaren Eigenschaften eines solchen Materials bestehen, zur Erreichung der Forschungsziele nicht genutzt werden. Zudem soll geklärt werden, in welchem Entwicklungsstadium hRSV sich differenzierende humane Lungenepithelzellen infizieren kann. Da primäre humane Lungenepithelzellen die interessierenden Differenzierungsstadien bereits durchlaufen haben, können sie nicht zur Beantwortung der wissenschaftlichen Fragestellungen genutzt werden. Hinsichtlich der ebenfalls denkbaren Möglichkeit des Einsatzes von fötalen (d. h. aus abgetriebenen Föten gewonnenen) Zellen gelten die o. g. Einschränkungen bezüglich Verfügbarkeit, Reproduzierbarkeit und Standardisierbarkeit, wobei letzteres vor allem in Hinblick auf die geplante Wirkstoffvalidierung nachteilig wäre. Zur Frage der möglichen Nutzung immortalisierter (humaner) Zell-Linien liegen aus der Literatur Hinweise darauf vor, dass hRSV in solche Zellen ggf. auf anderem Wege eintritt als in humanes Lungenepithel. Dies macht solche Zellen zur Identifizierung von (für die Infektion in vivo relevanten) Rezeptoren sowie von Wirtsfaktoren, die die frühen Schritte der hRSV-Infektion in vivo modulieren, ungeeignet. Erforderlich ist hier ein stärker authentisches Zellmodell.

Die Forschungsziele können voraussichtlich auch nicht unter alleiniger Nutzung von hiPS-Zellen erreicht werden. Dies liegt in der hohen Variabilität bei der Differenzierung von hiPS-Zellen, in deren möglichem epigenetischen Gedächtnis und in Unwägbarkeiten hinsichtlich der Effekte integrierender, für die Reprogrammierung genutzter retro- bzw. lentiviraler Vektoren begründet. Zur Frage der Permissivität von aus hiPS-Zellen abgeleiteten Lungenepithelzellen für hRSV liegen keine Erkenntnisse vor. Jedoch wurde in Lungenepithelzellen verschiedener Spender eine stark unterschiedlich hohe Expression des Gens für CX3CR1 beschrieben, einem offenbar wesentlichen hRSV-Rezeptor im Menschen. Dies könnte ggf. auch Spender-spezifische Unterschiede in der Permissivität von aus hiPS-Zellen abgeleiteten Lungenepithelzellen für hRSV bedingen.

Stand: 31.03.2016

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