49. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

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 und Erweiterung der Genehmigung vom 06.06.2017 wurden zur Durchführung der unten benannten Forschungsarbeiten die Einfuhr und 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 – Israeli Institute of Technology, Haifa, Israel)
• I6 (Technion – Israeli Institute of Technology, Haifa, Israel)
• Shef-3 (University of Sheffield, Sheffield, Großbritannien)
• Shef-6 (University of Sheffield, Sheffield, Großbritannien)
• VUB07 (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-Linie(n).

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Inhalt des genehmigten Vorhabens ist die Gewinnung von Netzhaut-Zellen aus humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen). Dazu sollen sowohl Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) als auch Zellen der neuralen Retina (Photorezeptor-Zellen) unter Nutzung dreidimensionaler Kultursysteme durch sequentielle Zugabe spezifischer Differenzierungsfaktoren zum Kulturmedium zunächst in getrennten Kulturen gewonnen und charakterisiert werden. Durch Kombination der Kultur- und Differenzierungsbedingungen sollen dann mögliche Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Zelltypen bei der Differenzierung von hES-Zellen zu Zellen der Netzhaut untersucht werden. Die Eigenschaften sich zu Netzhautzellen differenzierender hES-Zellen sollen auch unter dem Einfluss organotypischer Wechselwirkungen in Ko-Kultur von sich differenzierenden hES-Zellen mit murinen Netzhaut-Explantaten untersucht werden. Nach umfassender Charakterisierung in vitro sollen die Zellen schließlich in Mäuse, insbesondere in Mausmodelle der Netzhautdegeneration, transplantiert und hinsichtlich ihres Überlebens, ihrer Integration in das Wirtsgewebe und ihrer Funktionalität untersucht werden. Die Untersuchungen sollen teils auch unter vergleichender Nutzung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (hiPS-Zellen) durchgeführt 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 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:

Im Rahmen der geplanten Arbeiten sollen erstens Protokolle entwickelt und optimiert werden, die es erlauben, die verschiedenen Zelltypen der Netzhaut aus hES-Zellen zu gewinnen. Dazu soll – in Erweiterung bislang beschriebener Vorgehensweisen – die Differenzierung von Anbeginn an unter dreidimensionalen Bedingungen erfolgen. Durch die dreidimensionale In-vitro-Nachbildung von Prozessen der Netzhautentwicklung – von Zellen der anterioren Neuralplatte bis hin zu reifen Photorezeptoren bzw. Zellen des RPE – besteht die Möglichkeit, Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Zelltypen der sich entwickelnden menschlichen Retina zu untersuchen und auf diesem Wege zu einem besseren Verständnis dieser Entwicklungsprozesse zu gelangen. Das experimentelle Vorgehen, insbesondere die geplante gemeinsame Kultur sich differenzierender hES-Zellen mit murinen Retina-Explantaten, kann zudem zu einem tieferen Verständnis von gegebenenfalls notwendigen Interaktionen zwischen verschiedenen Zelltypen sowie vom Einfluss instruierender Signale aus der Umgebung auf die Retinaentwicklung führen und ist voraussichtlich mit neuen Erkenntnissen über den Einfluss organotypischer Wechselwirkungen auf die Netzhautentwicklung beim Menschen verbunden.

Zweitens dienen die geplanten Arbeiten dem Ziel, ein geeignetes und reproduzierbares Zellkulturmodell für die menschliche Retina und deren Entwicklung bereitzustellen. An einem solchen Modell könnten weitere Prozesse der menschlichen Netzhautentwicklung untersucht werden, beispielsweise das Zusammenspiel verschiedener Zelltypen der Retina bei der Entwicklung und Reifung von Photorezeptoren. Zudem böte ein derartiges Modell auch die Möglichkeit – beispielsweise durch Überexpression oder Hemmung bestimmter Gene in den jeweils genutzten hES-Zellen – die Rolle bestimmter Genprodukte in der Retinaentwicklung zu bestimmen. Außerdem könnte das angestrebte Zellmodell künftig genutzt werden, um degenerative Prozesse in der Netzhaut auf zellulärer Ebene detailliert zu analysieren. Dies beträfe beispielsweise zelluläre Prozesse bei der altersbedingten Makuladegeneration, aber auch Vorgänge bei angeborenen Netzhauterkrankungen.

Drittens sollen die Untersuchungen dazu beitragen, Grundlagen für künftig denkbare Gewebeersatztherapien zu schaffen. Altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist in den Industriestaaten die häufigste Ursache von Erblindung im Alter. Unabhängig davon, Zellen welcher Herkunft letztlich für eine Gewebeersatztherapie genutzt werden sollen, setzt eine zellbasierte Therapie in jedem Fall ein vertieftes Verständnis von den Prozessen der Netzhautentwicklung und -degeneration voraus. Zum anderen ist die Verfügbarkeit von geeigneten Protokollen für die Herstellung und Transplantation von retinalen Zellen in einem geeigneten Entwicklungsstadium erforderlich. Durch die hier geplanten Untersuchungen werden sich voraussichtlich sowohl Erkenntnisse über Verfahren zur Herstellung ausreichender Mengen als auch über die Eigenschaften in vitro differenzierter retinaler Zellen ergeben. Zudem sind aus den Transplantationsexperimenten Erkenntnisse über den Zeitpunkt und die Bedingungen zu erwarten, unter denen retinal differenzierte Zellen transplantiert werden müssen, damit sie sich in das Wirtsgewebe integrieren, dort reifen und ihre physiologische Funktion erfüllen 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 vorgeklärt und die Nutzung humaner ES-Zellen gerechtfertigt ist.

Es wurde dargelegt, dass die Bildung von Photorezeptor-Zellen (Zapfen und Stäbchen) aus murinen ES-Zellen und ES-Zellen nicht-humaner Primaten bereits gelungen und publiziert worden ist. Zudem liegen bereits mehrere Studien vor, in denen Zellen des RPE und der neuralen Retina aus hES-Zellen gewonnen wurden. Allerdings waren die Vorgehensweisen zeitaufwendig und – was die Ausbeute an reifen Zellen der Retina betraf – nur wenig ergiebig.

Die Genehmigungsinhaberin selbst hat zudem im Rahmen eines nach dem StZG genehmigten Vorhabens (27. Genehmigung nach dem StZG) bereits in der Vergangenheit unter Verwendung von hES-Zellen dreidimensionales Neuroepithel gewonnen, das Eigenschaften des menschlichen Neuralrohrs aufwies. Solche neuralen Epithelien sollen nun als Ausgangspunkt für die Entwicklung retinaler Zellen dienen. Die geplanten Differenzierungsbedingungen basieren dabei sowohl auf den bisherigen Daten zur ES-Zell-Differenzierung als auch, wie im Antrag dargelegt wurde, auf umfangreichen Erkenntnissen über die Entwicklung des Säugetier-Auges. Auch die geplanten Untersuchungen im Rahmen der Transplantation von hES-Zell-abgeleiteten retinalen Zellen in den subretinalen Raum von Mäusen sind bereits unter Nutzung muriner primärer Zellen durchgeführt worden. Die transplantierten Zellen integrierten sich dabei in das Wirtsgewebe und bildeten reife Photorezeptoren.

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

Die Differenzierung retinaler Zellen aus ES-Zellen anderer Spezies, insbesondere der Maus, erfordert andere Bedingungen und Zeiträume als jene aus menschlichen ES-Zellen. So sind für die retinale Differenzierung von mES-Zellen teils andere extrinsische Faktoren erforderlich als für die Differenzierung humaner ES-Zellen. Auch konnten zwar murine, nicht aber humane ES-Zellen durch Ko-Kultur mit Stroma-Zellen zu Zellen des RPE und der neuralen Retina differenziert werden. Insofern können murine ES-Zellen nicht genutzt werden, um die Prozesse der humanen Retina-Bildung zu analysieren und die Bedingungen zu verstehen, unter den sich humane ES-Zellen in vitro in Zellen der Retina differenzieren lassen. Dies erfordert die Verwendung humaner Zellen.

Vorrangiges Ziel des Vorhabens ist es, ein tieferes Verständnis jener Prozesse zu erlangen, die bei der Differenzierung von Zellen des frühen Embryos (hier: der Zellen der anterioren Neuralplatte) bis hin zu reifen Photorezeptoren bzw. Zellen des RPE ablaufen. Gerade die In-vitro-Nachbildung früher neuraler Entwicklungsprozesse erfordert jedoch Zellen, die noch nicht spezifiziert bzw. determiniert sind. Dies sind neben Zellen des frühen menschlichen Embryos vor der Bildung der Neuralrinne, die nicht zur Verfügung stehen, humane embryonale Stammzellen.

Ferner wurde dargelegt, dass es keine anderen humanen Zellen als embryonale Stammzellen gibt, mit denen die Erreichung der anderen Ziele des Forschungsvorhabens möglich wäre. So haben bisherige in der internationalen Literatur dokumentierte Erfahrungen mit primären Zellen der Netzhaut gezeigt, dass diese Zellen nach Transplantation nicht in der gewünschten Weise in das Wirtsgewebe integrierten und reiften. Vormals als retinale Stammzellen identifizierte Zellen waren in späteren Versuchen ebenfalls nicht in der Lage, in vitro zu Zellen der neuralen Retina zu differenzieren, was sie für die Erreichung der hier angestrebten Forschungsziele ungeeignet macht. Die wenigen bekannten permanenten humanen retinalen Zell-Linien sind entweder durch Onkogene immortalisiert worden, oder sie entstanden durch eine spontane Immortalisierung infolge einer nicht näher bestimmten Mutation; in beiden Situationen kann dies zur Veränderung der Eigenschaften dieser Zellen im Hinblick auf ihre Differenzierungsfähigkeit im Vergleich zu nicht-modifizierten Zellen führen. Zusätzlich wurden Aneuploidien beschrieben.

Zur Erreichung der Forschungsziele kann derzeit auch nicht auf die Verwendung humaner induzierter pluripotenter Stammzellen (hiPS-Zellen) verwiesen werden. Das retinale Differenzierungspotential dieser Zellen ist erst ansatzweise untersucht worden. Zudem enthalten gegenwärtig verfügbare hiPS-Zell-Linien (mehrere) Gene, die in das Genom der zu reprogrammierenden Zellen eingeschleust wurden und deren Produkte mit der Entstehung von Tumoren verbunden sind. Dies wirft Bedenken im Hinblick auf die auf lange Sicht angestrebte Gewebeersatz-Therapie auf. Zudem ist angesichts von Hinweisen auf ein epigenetisches Gedächtnis von iPS-Zellen derzeit fraglich, ob aus diesen differenzierte retinale Zellen in allen wesentlichen Eigenschaften mit primären bzw. aus hES-Zellen differenzierten Retina-Zellen des Menschen identisch wären. Die Frage, ob hiPS-Zellen und hES-Zellen ein vergleichbares Potential zur Differenzierung in Zellen des RPE und der neuralen Retina haben, soll zudem im Laufe des hier genehmigten Projektes erst weiter untersucht werden. Dazu sind hES-Zellen erforderlich.

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