55. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

1. Genehmigungsinhaber(in)

Medizinische Hochschule Hannover

2. Zell-Linien

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

• H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
• I3 (Technion, Haifa, Israel)
• I4 (Technion, Haifa, Israel)
• HES-3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HES-4 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• 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 vergleichende Untersuchung der Glykosylierungsmuster in humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) und humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen). Dazu sollen die Zellen zunächst unter Standard-Kulturbedingungen bezüglich ihrer Glykoproteine und Glykolipide analysiert und hinsichtlich der Präsenz assoziierter Proteine und Lipide miteinander verglichen werden. Da ein erheblicher Einfluss der Kulturbedingungen auf das Glykosylierungsmuster beider Arten pluripotenter Zellen erwartet wird, soll anschließend untersucht werden, ob und auf welche Weise sich die Glykosylierungsmuster der Zellen unter modifizierten Kulturbedingungen, beispielsweise in Suspensionskultur, verändern. Schließlich soll überprüft werden, welchen Veränderungen das Glykom, das Proteoglykom und das Proteom beider Arten pluripotenter Zellen im Verlauf der Differenzierung zu Kardiomyozyten unterliegen und ob im Ergebnis des Differenzierungsprozesses eine zu menschlichen Herzmuskelzellen vergleichbare Glykosylierung vorliegt.

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 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 genehmigten Vorhabens ist es, den Glykosylierungszustand sowie das Proteom von hiPS- und hES-Zellen eingehend zu untersuchen und miteinander zu vergleichen. Dabei soll untersucht werden, ob bei der Reprogrammierung somatischer Zellen zu pluripotenten Zellen Glykosylierungsmuster und Proteome entstehen, die mit denen von hES-Zellen identisch sind. Ferner ist von Interesse, ob hiPS-Zellen, die aus verschiedenen Quellen gewonnen worden sind, bezüglich dieser Eigenschaften untereinander und zu hES-Zellen identisch sind. Durch die Untersuchung mehrerer hES-Zell-Linien sollen zudem Erkenntnisse über eine mögliche Variabilität im Glykosylierungsmuster von hES-Zellen gewonnen werden. Gegebenenfalls können spezifische Eigenschaften bestimmter hES-Zell-Linien mit dem Auftreten eines typischen Glykosylierungsmusters assoziiert werden. Zudem besteht die Möglichkeit der Identifizierung neuer, für hES-Zellen spezifischer Oberflächenmoleküle.

Ferner soll geklärt werden, ob und auf welche Weise Veränderungen der Kulturbedingungen für pluripotente humane Stammzellen mit Veränderungen des Glykoms, des Glykoproteoms sowie des Proteoms einhergehen. Da humane pluripotente Stammzellen sehr spezifische Kulturbedingungen erfordern und für die Kultivierung wesentliche Eigenschaften (z. B. die Fähigkeit zur Herstellung von Zell-Zell bzw. Zell-Matrix-Kontakten) eng mit der Präsenz bestimmter Glykoproteine verbunden sind, ist zu erwarten, dass veränderte Kulturbedingungen auch zu einer Veränderung des Glykoms der Zelle führen. Die Kenntnis über solche Veränderungen kann von Bedeutung für die Etablierung von neuen Kultivierungsprotokollen sein, beispielsweise für die Massenkultur in Suspension oder für die Kultivierung in Bioreaktoren. Eine Kultivierung in größeren als im Labor üblichen Maßstäben ist wiederum Voraussetzung für die Bereitstellung ausreichender Zellmengen, wie sie sowohl für In-vitro-Anwendungen als auch für künftig vorstellbare Gewebeersatztherapien unter Nutzung pluripotenter humaner Stammzellen benötigt würden.

Schließlich soll im beantragten Projekt untersucht werden, auf welche Weise sich das Glykom, das Glykoproteom und das Proteom von pluripotenten humanen Zellen im Verlaufe der kardialen Differenzierung verändern und ob sich hES-Zellen und hiPS-Zellen im Hinblick auf erwartete Veränderungen identisch verhalten. Neben einem grundsätzlichen Erkenntnisgewinn über die Glykosylierung betreffende Vorgänge während der kardialen Differenzierung humaner Zellen sollen durch den Vergleich des Glykoms der differenzierten Zellen mit jenem von adulten Kardiomyozyten (z. B. aus Biopsiematerial) auch Hinweise darauf gewonnen werden, ob die bislang etablierten Differenzierungsprotokolle zu Kardiomyozyten führen, die hinsichtlich ihres Glykoms reifen menschlichen Herzzellen gleichen. Die Analyse des Glykoms während verschiedener Stadien der kardialen Differenzierung (embryoid bodies, kardiale Vorläuferzellen, reife Kardiomyozyten) kann darüber hinaus zur Identifizierung von Glykan-Strukturen führen, die für das jeweilige Differenzierungsstadium spezifisch sind und folglich für die Sortierung und Anreicherung von aus pluripotenten Zellen abgeleiteten kardialen Zellen verwendet werden könnten. Dies ist besonders im Hinblick auf die Tatsache von Bedeutung, dass sowohl In-vitro-Anwendungen als auch künftig vorstellbare Gewebeersatztherapien möglichst reine Populationen von aus pluripotenten humanen Zellen differenzierten Kardiomyozyten erfordern. Zudem lassen sich aus Kenntnissen über Glykoproteine auf der Zelloberfläche ggf. immunologische Eigenschaften von aus hES-Zellen abgeleiteten Zellen besser als bislang beurteilen und Erkenntnisse hinsichtlich der Vermeidung immunologischer Reaktionen ableiten, die im Vorfeld der Entwicklung zelltherapeutischer Verfahren auf der Grundlage von hES- und hiPS-Zellen bedeutsam sein können.

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.

Es wurde dargelegt, dass zahlreiche Studien existieren, die sich mit der Analyse des Glykoms von Säugerzellen, u. a. von Stammzellen der Maus, beschäftigt haben. Es wurde jedoch auch darauf verwiesen, dass sich die Glykosylierungsmuster humaner und tierischer (Stamm)Zellen stark voneinander unterscheiden. Dies zeigt sich bereits in der Präsenz teils unterschiedlicher Glykoproteine auf den Oberflächen muriner und humaner embryonaler Stammzellen. Zudem erfordern embryonale Stammzellen verschiedener Spezies teil erheblich verschiedene Kulturbedingungen. Insofern können inhaltliche Aspekte der hier verfolgten wissenschaftlichen Fragestellungen, wie z. B. der Einfluss der Kulturbedingungen auf das spezifische Glykosylierungsmuster der Zellen, nicht an tierischen Zellen im Sinne eines proof-of-concept vorgeklärt werden.

Allerdings gibt es bereits mehrere Studien, die sich mit der Glykosylierung humaner ES-Zellen befasst haben. So wurde bereits vor mehreren Jahren gezeigt, dass infolge der Kultivierung von hES-Zellen in Medien, die fötales Kälberserum enthielten, die Sialinsäure Neu5Gc, die in menschlichen Zellen nicht synthetisiert wird, in humane ES-Zellen eingebaut wurde. Ferner wurde jüngst gezeigt, dass hES-Zellen ein spezifisches N-Glykom aufweisen, das aus einem konstanten und einem variablen Teil besteht. Ferner ist bekannt, dass die Induktion von Differenzierung in embryoid bodies zu einem massiven Umbau des Glykoms von hES-Zellen führt. Aus diesen Arbeiten ergeben sich wesentliche Erkenntnisse im Sinne einer Vorklärung der Fragestellungen des Projektes, an die durch die nun beantragten Arbeiten angeschlossen werden soll.

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

Die Verwendung von hES-Zellen im beantragten Projekt erfolgt mit der Zielstellung, das Glykosylierungsmuster und das Proteom von hiPS-Zellen zu charakterisieren. Dabei sollen im Ergebnis des Projektes Aussagen darüber getroffen zu können, ob die in hiPS-Zellen beobachteten Glykosylierungsmuster mit denen in pluripotenten humanen Stammzellen identisch sind. Dies erfordert einen Vergleich mit authentischen pluripotenten Stammzellen; dies sind nach gegenwärtiger Auffassung allein hES-Zellen.

Da erhebliche Unterschiede in der Glykosylierung von Zellen verschiedener Spezies bestehen, können nicht-menschliche (Stamm)Zellen nicht zu Vergleichszwecken verwendet werden. Andere menschliche (Stamm)Zelltypen kommen für die im beantragten Projekt vorgesehenen vergleichenden Studien ebenfalls nicht in Frage. Adulte humane Stammzellen erfordern andere Kultivierungsbedingungen, zeigen einen von hES-Zellen verschiedenen Besatz mit Glykoproteinen und wären zudem für bestimmte Aspekte des Projektes, beispielsweise die Untersuchung der Glykosylierung während früher Phasen der Differenzierung zu kardialen Zellen, aufgrund ihrer eingeschränkten Differenzierungsfähigkeit nicht geeignet.

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