38. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

1. Genehmigungsinhaber(in)

Medizinische Hochschule Hannover

2. Zell-Linie(n)

Die vorgesehenen Forschungsarbeiten basieren auf humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) der folgenden Linien:

• H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
• HES-3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HES-4 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
• I3 (Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)
• I4 (Technion-Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)

Im Rahmen der Erweiterung der Genehmigung vom 17.10.2017 wurden zur Durchführung der unten benannten Forschungsarbeiten die Einfuhr und Verwendung humaner embryonaler Stammzellen der folgenden weiteren Linie genehmigt:

• HUES6 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)

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-Linie.

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen) dienen im genehmigten Forschungsvorhaben vorrangig Vergleichszwecken bei der Charakterisierung und Differenzierung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen).

Zunächst sollen hiPS-Zellen, die aus verschiedenen Ausgangszellen und unter Nutzung unterschiedlicher Methoden gewonnen werden, mit hES-Zellen bezüglich molekularer Eigenschaften, beispielsweise hinsichtlich ihres Transkriptoms und ihres Epigenoms, sowie in Bezug auf ihre frühe Differenzierung im Rahmen von embryoid bodies und Teratomen verglichen werden. Ferner sollen Methoden zur genetischen Modifikation vergleichend zwischen hES-Zellen und hiPS-Zellen untersucht sowie für beide Zelltypen optimiert und dazu genutzt werden, bestimmte (teils entwicklungs- und gewebespezifische) Marker- und Reportergene in diesen Zellen zur Expression zu bringen. Anschließend soll dann unter Nutzung spezifischer Differenzierungsprotokolle überprüft werden, ob hiPS-Zellen ein mit hES-Zellen vergleichbares Potential zur Differenzierung in Lungen-, Herz- und Leberzellen haben. Ferner ist die vergleichende hämatopoetische Differenzierung von hES-Zellen und hiPS-Zellen sowie die Untersuchung der Fragestellung vorgesehen, in welchem Maße hES-Zellen und ihre hämatopoetisch differenzierten Derivate immunologisch relevante Moleküle produzieren und ob die Expression der entsprechenden Gene gegebenenfalls gehemmt werden kann. Schließlich sind die Etablierung eines verbesserten Verfahrens für die Kultivierung dieser Zellen in größeren als im Labormaßstab üblichen Mengen (large scale-Kultivierung in einem 50 bis 100 ml-Bioreaktor) sowie die Differenzierung von hES- und hiPS-Zellen zu Kardiomyozyten im Rahmen dieser large scale-Kultivierung vorgesehen.

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:

Zielsetzung des Forschungsvorhabens ist die Herstellung und Charakterisierung von hiPS-Zellen und daraus differenzierten Zellen. Die Arbeiten sollen zum Verständnis darüber beitragen, ob und inwiefern hiPS-Zellen mit hES-Zellen vergleichbare bzw. identische Eigenschaften hinsichtlich ihrer molekularen Charakteristika, ihrer genetischen Modifizierbarkeit und ihrer Fähigkeit zur Differenzierung in bestimmte Zelltypen haben.

Die Anwendung verschiedener Verfahren der Reprogrammierung (beispielsweise der Einsatz nichtintegrierender Vektoren, der Einsatz von mikro-RNAs, die Verwendung verschiedener Kulturmedien bzw. Medienzusätze) soll zur Fortentwicklung derzeit verwendeter Reprogrammierungsprotokolle für die Herstellung humaner iPS-Zellen und damit zur Erhöhung der Effizienz der Reprogrammierung beitragen. Die nach verschiedenen Methoden hergestellten hiPS-Zellen sollen dabei jeweils mit hES-Zellen verglichen werden, um zu prüfen, ob und wieweit sie tatsächlich Eigenschaften pluripotenter Zellen ausweisen. Es wird erwartet, dass sich aus diesen Untersuchungen zum einen Erkenntnisse über molekulare und funktionelle Gemeinsamkeiten bzw. Unterschiede von hES-Zellen und auf verschiedene Weise hergestellte hiPS-Zellen ergeben. Eigenschaften wie Proliferationsfähigkeit, genetische Stabilität, onkogenes Potential und Differenzierungsfähigkeit von hiPS-Zellen könnten dann in Bezug auf hES-Zellen besser als bislang bewertet werden. Zum anderen sollen die geplanten Arbeiten zur Entwicklung verbesserter Methoden zur Herstellung von hiPS-Zellen, auch bei Patienten mit genetisch bedingten Erkrankungen, beitragen. Die vorgesehenen vergleichenden Untersuchungen zu Fragen der genetischen Modifizierbarkeit von hES- und hiPS-Zellen sollen unter anderem Aufschluss darüber geben, ob bekannte methodische Probleme bei der genetischen Veränderung von hES-Zellen auch bei hiPS-Zellen auftreten. Ferner sollen durch Transfer zelltypspezifischer Expressionskonstrukte für Marker- und Reportergene in diese Zellen Voraussetzungen für die Etablierung verbesserter Vorgehensweisen bei der Differenzierung von hES- und hiPS-Zellen und bei der Anreicherung differenzierter Derivate geschaffen werden.

Die im genehmigten Projekt ebenfalls geplante Untersuchung der Differenzierungskapazität von hiPS-Zellen im Vergleich zu hES-Zellen soll zur Klärung der Frage beitragen, ob und inwieweit die Differenzierungspotentiale von hiPS-Zellen und hES-Zellen vergleichbar sind. Die geplanten Untersuchungen zur Differenzierungsfähigkeit beider Zelltypen unter Verwendung spezifischer, für hES-Zellen bereits etablierter und optimierter Protokolle können zu Erkenntnissen über Differenzierungsvorgänge in hiPS-Zellen und ggf. über diesbezügliche molekulare und funktionelle Unterschiede zwischen hiPS-Zellen und hES-Zellen führen. Erkenntnisse aus diesen Arbeiten können damit eine wesentliche Voraussetzung für die Etablierung geeigneter Differenzierungsprotokolle sowie für die Klärung sich anschließender Fragestellungen an hiPS-Zellen sein, wie z.B. die Differenzierung krankheitsspezifischer hiPS-Zellen aus Patienten. Solche Zellen können künftig für die Pathogeneseforschung sowie für die Entwicklung von Wirkstoffen von erheblicher Bedeutung sein.

Ferner sollen die Kultivierung von hES-Zellen und die gerichtete Differenzierung in kardiale Zellen in größeren Volumina als im üblichen Labormaßstab etabliert, standardisiert und optimiert sowie die Frage untersucht werden, ob sich hES- und hiPS-Zellen in diesen Prozessen ähnlich verhalten. Es ist geplant, auch die gerichtete Differenzierung von hES- und hiPS-Zellen zu kardialen (Vorläufer-)Zellen in Bioreaktoren zu etablieren. Dies soll die Gewinnung stark angereicherter Populationen kardialer Zellen ermöglichen, die aus beiden Zelltypen differenziert werden können. Kultivierung und (kardiale) Differenzierung dieser Zellen im größeren Maßstab können im Hinblick auf einen Einsatz in der pharmakologischen Forschung von großem Interesse sein, da hier voraussichtlich standardisiert herstellbare Zellen in erheblicher Menge benötigt würden. Zusätzlich könnten Erkenntnisse aus diesen scale up-Verfahren künftigen Entwicklungen für eine klinische Anwendung dieser Zellen dienen, wofür voraussichtlich ebenfalls größere Zellmengen benötigt würden.

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.

Im Rahmen des genehmigten Projektes sollen hiPS-Zellen bezüglich bestimmter Eigenschaften untersucht werden, die bereits für hES-Zellen bekannt sind, wobei zur Sicherung der wissenschaftlichen Qualität und zum Zweck der unmittelbaren Vergleichbarkeit der Ergebnisse beide Zelltypen parallel untersucht und direkt miteinander verglichen werden sollen. Die geplanten Arbeiten an hES-Zellen sind bereits von anderen Gruppen an hES-Zellen durchgeführt worden und sollen hier – unter Anpassung an die konkreten experimentellen Bedingungen und Erfordernisse – im Labor des Genehmigungsinhabers lediglich nachgearbeitet sowie gegebenenfalls optimiert und standardisiert werden.

Die Bedingungen zur Herstellung größerer Zellmengen im Rahmen von Bioreaktoren sind an anderen als humanen ES-Zellen (beispielsweise an Primaten-ES-Zellen) vorgeklärt und zudem bereits an hES-Zellen etabliert worden. Gleiches gilt für die geplante Differenzierung von hES-Zellen zu Kardiomyozyten im größeren Maßstab, für die ebenfalls bereits Ergebnisse an diesen Zellen vorliegen.

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

Ziel des Vorhabens ist die Überprüfung der Fragestellung, inwiefern hiPS-Zellen des Menschen humanen embryonalen Stammzellen tatsächlich gleichen. Diese Fragestellung muss – angesichts des noch unzureichenden Standes bei der Charakterisierung von hiPS-Zellen in Hinblick auf ihre generellen Eigenschaften – für jede neu etablierte hiPS-Zell-Linie im einzelnen untersucht werden, was jeweils die Nutzung humaner ES-Zellen zu Vergleichszwecken erfordert. Eine Nutzung bestimmter adulter Stammzellen als „Goldstandard“ für die Analyse der hier interessierenden Eigenschaften von hiPS-Zellen (beispielsweise das Vorliegen von für pluripotente Zellen typischen Eigenschaften wie ein hohes Regenerationspotential oder die Differenzierbarkeit in Zellen aller Keimblätter etc.) ist auf Grund des Fehlens dieser Eigenschaften in adulten Stammzellen nicht möglich. Vergleichsuntersuchungen zwischen hiPS-Zellen und ES-Zellen tierischer Spezies sind wegen der teils erheblichen Unterschiede solcher Zellen zu humanen ES-Zellen – beispielsweise bezüglich der molekularen Grundlagen von Pluripotenz, der konkreten Bedingungen ihrer Differenzierung oder der unterschiedlichen Anforderungen an ihre In-vitro-Kultivierung – in Hinblick auf die wissenschaftliche Fragestellung des Projektes nicht sinnvoll.

6. Genehmigte Erweiterungen des Forschungsvorhabens

Genehmigungserweiterung vom 11.02.2011

Angaben zu den Forschungsarbeiten

Im Mittelpunkt der genehmigten Arbeiten steht die Differenzierung von hES-Zellen zu Kardiomyozyten, aber auch zu weiteren im Herzen auftretenden Zelltypen, beispielsweise endothelialen Zellen. Die aus hES-Zellen gewonnen Zellen sollen im Rahmen eines tissue engineering  zur Erzeugung von sog. bioartifiziellem Herzgewebe (Bioartificial Cardiac Tissues, BCT) genutzt werden. Die Reifung der aus hES-Zellen gewonnenen kardialen Zellen soll im Rahmen von BCTs in einem miniaturisierten Bioreaktor erfolgen, wobei u. a. der Einfluss mechanischer und elektrischer Stimulation auf die Bildung und Reifung der BCTs gestestet werden soll. Die Reifung der Zellen in den BCTs soll u. a. mittels mikroskopischer Beobachtung im Bioreaktor, über die Messung der kontraktilen Kräfte (z.B. nach pharmakologischer Stimulation), durch elektrophysiologische Messungen sowie – nach Beendigung der Kultur – durch Analyse des Transkriptoms und des Proteoms der Zellen erfolgen. Die Arbeiten sollen im Vergleich zwischen hES- und hiPS-Zellen erfolgen.

Hochrangigkeit der Forschungsziele

Die genehmigten Forschungsarbeiten zielen vorrangig auf die Gewinnung bioartifiziellen Herzgewebes aus hES-Zellen. Da diese Untersuchungen parallel an hES- und hiPS-Zellen durchgeführt werden sollen, ordnen sie sich in das Gesamtziel des Projektes ein, Erkenntnisse über Gemeinsamkeiten und Unterschiede beider Zelltypen hinsichtlich ihres Differenzierungspotentials, u. a. zu kardialen Zellen, zu erlangen. Gleichzeitig dienen die geplanten Arbeiten an hES-Zellen der Entwicklung eines biotechnologischen Verfahrens zur Gewinnung menschlichen Herzgewebes. Dabei bietet der zum Einsatz kommende Bioreaktor zum einen die Möglichkeit, den Einfluss mechanischer Kräfte, elektrischer Stimuli sowie bestimmter Medienbestandteile auf die Reifung menschlichen Herzgewebes in vitro zu untersuchen. Zum anderen können diese Untersuchungen in Echtzeit erfolgen, d. h. Veränderungen der strukturellen, mechanischen und elektrophysiologischen Eigenschaften des kardialen Gewebes können im Prozess der Kultivierung im Bioreaktor detektiert und – den jeweiligen Ergebnissen entsprechend – die Kultivierungsbedingungen jeweils angepasst werden. Auf diese Weise können Erkenntnisse über die Bedingungen entstehen, unter denen menschliches Herzgewebe in vitro gewonnen werden kann. Die reproduzierbare Gewinnung derartigen menschlichen Herzgewebes könnte mittelfristig zur Etablierung von In-vitro-Testsystemen für die Untersuchung kardialer Wirkungen und Nebenwirkungen von Pharmaka am menschlichen Herzen und – auf längere Sicht – auch zur Entwicklung von Gewebeersatztherapien zur Anwendung am Menschen beitragen.

Notwendige Vorarbeiten und Erforderlichkeit der Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen für die mit dem Vorhaben verfolgten Fragestellungen

Protokolle für die Differenzierung von hES-Zellen zu den hier interessierenden Zelltypen sind bereits etabliert und publiziert. Methoden für die Suspensionskultur von hES-Zellen sind im Rahmen der bereits in der Vergangenheit genehmigten Arbeiten unter Verwendung von hES-Zellen bei der Genehmigungsinhaberin entwickelt worden. Vorgehensweisen für die Differenzierung von hES-Zellen im Rahmen von Suspensionskulturen sind ebenfalls bereits in der Vergangenheit publiziert worden. Im Antragsverfahren wurde ferner dargelegt, dass bei der Genehmigungsinhaberin bereits in der Vergangenheit bioartifizielles Herzgewebe aus kardialen Zellen neonataler Ratten in miniaturisierten Bioreaktoren hergestellt wurde. Wesentliche Aspekte der geplanten Arbeiten, beispielsweise die Untersuchung des Einflusses mechanischer Kräfte, elektrischer Stimulation und pharmakologisch wirksamer Substanzen auf die Reifung der BCTs, wurden in diesem Modell vorgeklärt, so dass ein Übergang auf die Nutzung von hES-Zellen zur Untersuchung der wissenschaftlichen Fragestellung gerechtfertigt ist.

Hinsichtlich der Notwendigkeit der Nutzung von hES-Zellen für vergleichende Untersuchungen zwischen hES- und hiPS-Zellen gelten, auch hinsichtlich ihres Differenzierungsvermögens zu kardialen Zellen,  weiterhin die in Punkt 5. dargelegten Gründe. Die Notwendigkeit der Verwendung von hES-Zellen in den hier genehmigten Arbeiten, insbesondere zur Gewinnung von BCTs, ergibt sich auch daraus, dass für die Durchführung des Vorhabens große Mengen humaner kardialer Zellen in reproduzierbarer Qualität benötigt werden. Adulte Stammzellen des Herzens bzw. aus abgetriebenen menschlichen Föten gewonnene kardiale Zellen lassen sich derzeit nicht zu für die Projektdurchführung benötigten Mengen vermehren und stellen daher keine alternative Zellquelle zur Erreichung der Forschungsziele dar. Zellen anderer Spezies sind für die Durchführung des Projektes, das auf die Etablierung einer Strategie für die Herstellung menschlichen Herzgewebes für spätere Anwendungen (beispielsweise im Rahmen sicherheitspharmakologischer Untersuchungen) zielt, ebenfalls nicht geeignet.

nach oben