93. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

1. Genehmigungsinhaber

Herr Dr. Armin Blesch, Universitätsklinikum Heidelberg

2. Zell-Linien

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

• H1 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
• H7 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
• H9 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
• HUES6 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
• NCL-3 (Newcastle Fertility Centre, Newcastle upon Tyne, Großbritanninen)
• NCL-4 (Newcastle Fertility Centre, Newcastle upon Tyne, Großbritanninen)

Die Genehmigung gilt 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

Die genehmigten Forschungsarbeiten zielen auf die Entwicklung neuer Ansätze für stammzellbasierte Therapien von Verletzungen des Rückenmarks. Dazu sollen phänotypisch definierte Populationen neuraler Zellen aus pluripotenten Stammzellen des Menschen hergestellt, angereichert, charakterisiert und auf ihre Eignung zur Regeneration von Nervengewebe im Tiermodell getestet werden. Humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen) sollen mittels etablierter und ggf. zu optimierender Protokolle in verschiedene Typen glialer und neuronaler Zellen differenziert und zu möglichst reinen Populationen des betreffenden Zelltyps angereichert werden. Dabei sollen auch lineage selection-Strategien zum Einsatz kommen, für die hES-Zellen genetisch modifiziert werden. Die differenzierten Zellen sollen zu verschiedenen Zeitpunkten ihrer Entwicklung, in unterschiedlichen Mengenverhältnissen und ggf. unter zusätzlicher Verwendung von Wachstumsfaktoren und Trägermaterialien in Tiermodelle für Rückenmarksläsionen transplantiert und die Effekte der transplantierten Zellen auf die motorischen, autonomen und sensorischen Funktionen bestimmt werden. Die Untersuchungen sollen dann auf verschiedene humane induzierte pluripotente Stammzell-Linien (hiPS-Zell-Linien) ausgedehnt werden, wobei bestimmt werden soll, ob und inwieweit hES- und hiPS-Zellen mit vergleichbarer Effektivität in spezifische Subpopulationen neuraler Zellen differenzieren und nach Transplantation in Tiere mit Rückenmarksläsionen therapeutischen Effekte bewirken können.

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 RKI vornehmlich hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn für die Erweiterung medizinischer Kenntnisse bei der Entwicklung therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Für Verletzungen des Rückenmarks, für die im Rahmen der genehmigten Forschungsarbeiten neue Therapieansätze entwickelt werden sollen,  gibt es - mit Ausnahme der frühzeitigen hochdosierten Injektion von Kortikosteroiden und einer operativen Dekompression des Rückenmarkes – keine adäquaten Behandlungsmethoden, und in der Regel führen diese Verletzungen zu lebenslangen schweren Behinderungen.

Die Transplantation von neuralem Gewebe ist eine Möglichkeit zur neuroregenerativen Therapie im Tiermodell. Transplantierte Neurone können mit verletzten spinalen und supraspinalen Neuronen Kontakte bilden und dadurch Informationen ins distale Rückenmark weiterleiten. Allerdings ist nicht bekannt, welche spezifischen glialen und neuronalen Zelltypen hierfür benötigt werden, da für bisherige Transplantationsexperimente in Tiermodelle für Rückenmarksverletzungen i. allg. wenig definierte neurale und gliale Zellpopulationen zum Einsatz kamen. Neben den genauen Zelltypen sind auch die Mechanismen, die zu einer funktionellen Erholung beitragen, bislang wenig verstanden. Die aus dem genehmigten Forschungsarbeiten erwarteten Erkenntnisse sollen zu einem besseren Verständnis von den Prozessen der neuralen Regeneration beitragen. Dabei soll die Frage geklärt werden, welche transplantierten Neurone eine Art zellulärer Brücke bilden können, die die vor der Läsion bestehenden neuralen Netzwerke wiederherstellen oder ggf. ersetzen können, und welche spezifischen Anforderungen an kotransplantierte gliale Zellen bestehen. Aus dem Forschungsvorhaben sind Erkenntnisse darüber zu erwarten, unter welchen Bedingungen sich bestimmte neurale Zelltypen nach Transplantation in das Rückenmark integrieren können und ob und inwieweit dies zu einer Verbesserung der motorischen, sensorischen und autonomen Funktionen führen kann. Die Arbeiten können insgesamt zur Entwicklung von neuen Ansätzen für regenerative Therapien beitragen.

Ferner sollen die Arbeiten zur Gewinnung verschiedener Populationen neuraler Zellen und deren Transplantation in Tiermodelle für Rückenmarksverletzungen auch an hiPS-Zellen durchgeführt und Erkenntnisse, die an hES-Zellen gewonnen wurden, auf hiPS-Zellen übertragen werden. Überprüft werden soll, ob sich hiPS-Zellen zu hES-Zellen identisch verhalten oder ob Unterschiede in der Fähigkeit zur Bildung spezifischer Subpopulationen von neuralen Zellen bzw. in deren Charakteristika in vitro bzw. nach Transplantation in Tiermodelle bestehen. Diese Untersuchungen können zu neuen Erkenntnissen darüber beitragen, ob und inwieweit sich das neurale Differenzierungsvermögen von hES- und hiPS-Zellen gleicht, welche Unterschiede bestehen und worin diese begründet sind..

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.

Neurale Zellen wurden in der Vergangenheit vielfach in Tiermodelle traumatischer Rückenmarksverletzungen transplantiert, und es liegen zahlreiche publizierte Studien vor, in denen neurale (Stamm)Zellen aus verschiedenen Quellen und aus verschiedenen Spezies dazu genutzt wurden. Diese Studien belegen, dass der gewählte Ansatz im Tiermodell geeignet ist, um nach Verletzungen des Rückenmarks eine zumindest partielle funktionelle Wiederherstellung motorischer, autonomer und sensorischer Funktionen zu ermöglichen. Dabei belegen insbesondere jüngere Arbeiten, dass transplantierte neuronale Vorläuferzellen ins Wirtsgewebe integrieren und ggf. lange Axone bilden können, wodurch funktionelle Schaltstellen im lädierten Rückenmark entstehen und therapeutische Effekte erzielt werden konnten. Der gewählte Ansatz, durch Transplantation verschiedener neuraler Zelltypen neue Vorgehensweisen für die Zellersatztherapie bei Rückenmarksverletzungen zu schaffen, ist daher plausibel. Die Tatsache, dass unterschiedliche Subpopulationen desselben neuralen menschlichen Zelltyps in unterschiedlichem Maße zur Neuro-Regeneration im Rückenmark beitragen können, ist in der Literatur ebenfalls gut belegt.

Protokolle für die Differenzierung von hES-Zellen in Richtung der hier interessierenden neuralen Zelltypen sind in der Literatur beschrieben und sollen im Rahmen des genehmigten Forschungsvorhabens beim Antragsteller etabliert und ggf. optimiert werden. Anreicherungsverfahren, die auf lineage selection bzw. auf der Sortierung anhand von Oberflächenmarkern beruhen, sind für aus hES-Zellen abgeleitete neurale Zellen in der Literatur vielfach beschrieben worden. Dasselbe gilt für die hier geplanten Verfahren zur genetischen Modifikation von hES-Zellen.

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

Das Projekt zielt auf die Schaffung von Grundlagen für Zelltherapien bei traumatischen Rückenmarksverletzungen des Menschen. Insbesondere sollen jene Zelltypen bestimmt und genau charakterisiert werden, die nach Transplantation ins Rückenmark die günstigsten Eigenschaften aufweisen. Diese Zelltypen können für den Menschen aber nur unter Verwendung menschlicher Zellen ermittelt werden, da sich reife menschliche neurale Zellen in vielen morphologischen, metabolischen und elektrophysiologischen Eigenschaften von Zellen insbesondere der Maus unterscheiden; an tierischen Zellen gewonnene Ergebnisse können nicht ohne weiteres auf die Situation im Menschen übertragen werden.

Die Erreichung der Forschungsziele erfordert weiter einen Zelltyp, der sich reproduzierbar in verschiedene Typen menschlicher Neurone sowie in gliale Zellen differenzieren lässt, aus dem sich nach genetischer Modifikation stabile Klone etablieren lassen und der reproduzierbar und in Mengen bereitgestellt werden kann, wie sie für die Projektdurchführung und für künftig angestrebte Zellersatztherapien beim Menschen erforderlich sind. Diese Anforderungen erfüllen andere als pluripotente Stammzellen, insbesondere adulte und fötale neurale Zellen des Menschen, nicht. Zwar wurden insbesondere fötale humane neurale Zellen in verschiedenen Studien bezüglich ihrer Fähigkeit zur Therapie von Rückenmarksläsionen im Tiermodell mit teils positiven Ergebnissen getestet; jedoch wurden i. allg. wenig charakterisierte fötale Zellen transplantiert, deren genauer Differenzierungsgrad nicht bekannt ist. Ziel der hier genehmigten Arbeiten ist es aber gerade, die Zellen vor der Transplantation umfassend zu charakterisieren und ggf. mehrere gut definierte Zelltypen in unterschiedlichen Mengenverhältnissen und zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihrer Entwicklung zu transplantieren, was mit fötalen wie auch mit adulten Zellen aufgrund von deren limitierten Verfügbarkeit nicht möglich ist.

Die Forschungsziele sind nach derzeitigem Kenntnisstand auch nicht unter alleiniger Nutzung von hiPS-Zellen zu erreichen. Die Frage, ob und inwieweit hiPS-Zellen ein zu hES-Zellen vergleichbares Differenzierungspotential in Richtung der hier erforderlichen neuralen Zelltypen haben, ist zur Zeit nicht vollständig bekannt und soll erst im Rahmen der genehmigten vergleichenden Differenzierungsstudien geklärt werden. In den bisher publizierten Arbeiten, in deren Rahmen Neuronen aus hiPS-Zellen gewonnen wurden, zeigte sich eine teils starke Variabilität des Differenzierungserfolges in Abhängigkeit von den genutzten hiPS-Zell-Linien, die u. a. mit der jeweils gewählten Reprogram­mierungs­methode zur Herstellung der Zellen sowie mit dem als Ausgangsmaterial für die Reprogrammierung verwendeten Zelltyp und folglich ggf. mit dem epigenetischen Gedächtnis von hiPS-Zellen in Zusammenhang stehen kann. Hinzu kommt, dass die Effekte einer möglichen Insertion der vielfach zur Reprogrammierung genutzten (Onko)Gene in das Genom der hiPS-Zellen und damit verbundene mögliche Veränderungen im Expressionsprofil dieser Zellen wenig verstanden sind.

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