112. 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 ‒ Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)
• I4 (Technion ‒ Israel Institute of Technology, Haifa, Israel)
• HES-2 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HES-3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HES-4 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HUES2 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
• HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)

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(n).

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Die genehmigten Arbeiten zielen auf die Erarbeitung und Optimierung von Strategien für die stammzellbasierte Regeneration von Herzgewebe und deren Testung in verschiedenen Tiermodellen. Aufbauend auf in der Vergangenheit durchgeführten erfolgreichen Arbeiten, in deren Rahmen Protokolle für die Gewinnung großer Mengen kardialer Zellen aus pluripotenten Stammzellen des Menschen etabliert worden waren, sollen Methoden für die Herstellung transplantierbaren kardialen Gewebes optimiert und unterschiedliche Verfahren für die Transplantation der kardialen Zellen bzw. des kardialen Gewebes in verschiedene Tiermodelle des Myokard-Infarktes getestet werden. Um die In-vitro-Anreicherung verschiedener kardialer Zelltypen zu erleichtern, die Entwicklung/Reifung verschiedener kardialer Zelltypen im Gewebeverband zu analysieren und die Entwicklung der Zellen nach Transplantation nachverfolgen zu können, sollen hES-Zellen u. a. mit Reportergenen versehen werden, die die Detektion spezifischer kardialer Zelltypen nach entsprechender Differenzierung ermöglichen. Die genetisch stabil veränderten hES-Zell-Klone sollen umfassend charakterisiert, in kardiale Zelltypen differenziert und dann für die Herstellung kardialer Gewebekonstrukte (Bioartifical Cardiac Tissues, BCT) verwendet werden. Zudem sollen hES-Zell-angeleitete kardiale Zellen auch zur Wiederbesiedlung zuvor dezellularisierter biologischer Matrizes und auf diesem Wege vaskularisiertes kardiales Gewebe in vitro gewonnen werden. Die kardialen Zellen sollen dann entweder als Zellsuspension oder in Form verschiedener in vitro konstruierter kardialer Gewebe in diverse Tiermodelle des Myokardinfarktes (Nager, Schwein, nicht-humane Primaten) transplantiert und die transplantierten Zellen/Gewebe u. a. hinsichtlich ihrer Integration in das Wirtsgewebe, bezüglich physiologischer Effekte und des Zellüberlebens sowie mit Blick auf eine Änderung der Zellzusammensetzung nach Transplantation sowie die weitere Reifung der Zellen in vivo analysiert werden. Alle Arbeiten sollen auch unter Verwendung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) durchgeführt werden, wobei hES-Zellen dabei auch als Referenzmaterial dienen sollen.

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 (ZES) und des Robert Koch-Institutes (RKI) hochrangigen Forschungszielen für die Entwicklung neuer therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen, wobei ggf. auch Resultate mit Relevanz für Fragestellungen der Grundlagenforschung gewonnen werden können. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Zentrales Ziel der beantragten Forschungsarbeiten ist die Entwicklung von Verfahren und Vorgehensweisen zur Entwicklung möglicher Zellersatztherapien für kardiale Erkrankungen, bei denen kardiales Gewebe zerstört wird, für die derzeit aber keine adäquaten Therapiemöglichkeiten bestehen und für deren erfolgreiche Behandlung Zell- oder Gewebeersatztherapien eine vielversprechende Option darstellen. Im Zuge der genehmigten Forschungsarbeiten soll vor allem geklärt werden, welche Arten artifizieller kardialer Gewebe/Zellgemische geeignet sind, zur Therapie kardialer Schädigungen in verschiedenen (präklinischen) Tiermodellen beizutragen. Ferner sollen Vorgehensweisen für die Gewinnung verschiedener kardialer Zelltypen entwickelt bzw. optimiert und die Frage geklärt werden, ob hES- und hiPS-Zellen in gleicher Weise für Zellersatztherapien des Herzens geeignet sein könnten.

Die regenerative Kapazität des Herzmuskels nach Schädigung ist äußerst gering. Die massive Zerstörung von Herzmuskelzellen und die daraus resultierende chronische Überlastung der verbleibenden funktionsfähigen Herzmuskulatur führen zu schweren Beeinträchtigungen bis hin zum Tod. Aus diesem Grunde ist die Entwicklung von Strategien für den Ersatz geschädigten kardialen Gewebes seit langem ein zentraler Gegenstand biomedizinischer Forschung. Dabei steht die Transplantation von in vitro aus pluripotenten Stammzellen produzierten kardialen Zellen oder konstruiertem Herzgewebe im Fokus des Interesses. Aus zahlreichen Studien, in denen aus menschlichen pluripotenten Stammzellen gewonnene kardiale Zellen/kardiales Gewebe in experimentell infarzierte Herzen von Versuchstieren übertragen wurde, ergeben sich gute Hinweise auf die therapeutische Wirksamkeit sowie die mögliche Unbedenklichkeit entsprechender Ansätze. Obwohl zahlreiche tierexperimentelle Studien zur Gewebeersatztherapie im Herzen an kleinen Tiermodellen (Maus, Ratte, Meerschweinchen) durchgeführt worden sind, bestehen mit Blick auf die Testung von Gewebeersatztherapien in präklinischen Modellen mit Relevanz für den Menschen (Schwein, Primaten) erhebliche Probleme. Offene Fragen bei der präklinischen Testung von Gewebeersatztherapien des Herzens betreffen u. a. auch die am besten geeignete Quelle für die zu transplantierenden Zellen, die Zusammensetzung der transplantierten Zellpopulation oder Vor- und Nachteile der Nutzung von in vitro konstruierten künstlichen Geweben. Einige dieser Fragen sollen im Rahmen der beantragten Forschungsarbeiten vertiefend untersucht werden.

Bereits die Arbeiten zur Optimierung der Gewinnung verschiedener kardialer Zelltypen kann mit einem Erkenntnisgewinn verbunden sein, da im Ergebnis dieser Arbeiten ggf. verbesserte Protokolle für die Gewinnung verschiedener Zelltypen des Herzens aus pluripotenten Stammzellen des Menschen vorliegen könnten. Die geplante Optimierung der Herstellung künstlichen Herzgewebes soll u. a. mit Blick auf die erforderliche ausreichende Vaskularisierung Erkenntnisse darüber erbringen, in welcher Menge und in welchem Reifegrad die jeweiligen Zelltypen erforderlich sind, um eine optimale Entwicklung und Reifung von kardialem Gewebe sowohl vor der Transplantation in vitro als auch nach Transplantation in vivo zu gewährleisten. Zudem lassen sich aus den geplanten Arbeiten voraussichtlich Erkenntnisse darüber gewinnen, in welchem Ausmaß verschiedene aus hES-Zellen gewonnene kardiale Zelltypen sich nach Transplantation in vivo zu reifen Primärzellen weiterentwickeln, ob sie ggf. zugrunde gehen und in welchem Maße bestimmte, nicht-myokardiale Zelltypen die Reifung von kardialem Gewebe beeinflussen können. Ferner sollen die in vitro erzeugten kardialen Gewebe in deutlich größere und für die Situation im Menschen relevantere Tiermodelle transplantiert werden, als dies in der Mehrzahl der bislang vorliegenden Studien erfolgte. Die geplante Untersuchung der Effekte kardialer Transplantate in Versuchstieren wie Schwein und (nicht-humaner) Primat werden voraussichtlich neue Kenntnisse über die Wirksamkeit und mögliche Probleme von Gewebeersatztherapien unter Nutzung von kardialen Geweben erbringen, die aus pluripotenten Stammzellen des Menschen abgeleitet wurden.

Weiteres Ziel der geplanten Arbeiten ist die Klärung der Fragestellung, ob und in welchem Maße hES- und hiPS-Zellen in gleicher Weise für die Herstellung kardialer Gewebe in vitro und deren Transplantation geeignet sind. Obwohl beide pluripotenten Zelltypen verschiedenen Studien zufolge ein gutes und vergleichbares Differenzierungsvermögen in Richtung kardialer Myozyten aufweisen, ist die Frage nach der Vergleichbarkeit der Differenzierungsfähigkeit in andere kardiale Zelltypen offen. Das Forschungsvorhaben kann somit einen Beitrag zur Klärung der Frage leisten, welche Zellen aufgrund ihres Differenzierungs- und Reifungsvermögens für künftige Gewebeersatztherapien gut geeignet sein könnten.

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.

Fragen der Differenzierung von pluripotenten Stammzellen des Menschen in die verschiedenen Zelltypen des Herzens sind in einer Vielzahl von Studien untersucht sowie entsprechende Protokolle entwickelt und optimiert worden. Vorgehensweisen für die Verfügbarmachung großer Mengen humaner kardialer Zellen, wie sie für die hier geplanten Transplantationsexperimente benötigt werden, wurden im Rahmen von in der Vergangenheit genehmigten Forschungsvorhaben entwickelt. Dies gilt auch für die Herstellung von BCTs aus pluripotenten Stammzellen des Menschen. Vorarbeiten, die im Zusammenhang mit der geplanten Wiederbesiedlung dezellularisierten Gewebes mit Endothel- und Herzmuskelzellen stehen, wurden unter Nutzung von neonatalen Rattenkardiomyozyten durchgeführt. Die Nutzung von Reportergenen, deren Expression zelltypspezifisch erfolgt, ist ein mittlerweile vielfach genutztes und gut dokumentiertes Vorgehen zur Sichtbarmachung von Differenzierungsereignissen bzw. für die Anreicherung von aus pluripotenten Stammzellen abgeleiteten Zellen. Die Tatsache, dass die Transplantation kardialer Zellen bzw. in vitro hergestellter Gewebekonstrukte zu einer temporären Verbesserung der klinischen Situation in Versuchstieren mit artifiziell verursachtem Myokardinfarkt bzw. nach kardialer Blockade führen, ist in vielen Studien umfangreich belegt worden. Offen ist die im Forschungsvorhaben zu klärende Frage nach dem am besten geeigneten Ausgangsmaterial sowie nach der günstigsten Methode für den Transfer des Zellmaterials.

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

Die Erreichung der Forschungsziele erfordert die Verwendung menschlicher Zellen. Dies ergibt sich u. a. aus dem Forschungsziel, die für den Gewebeersatz beim Menschen am besten geeigneten Zelltypen zu bestimmen und Methoden für die Herstellung entsprechenden Ersatzgewebes zum Einsatz beim Menschen zu entwickeln und zu optimieren. Eine Verwendung tierischen Gewebes oder tierischer Zellen ist mit Blick auf dieses Forschungsziel ausgeschlossen. Andere humane Zellen als pluripotente Stammzellen können nach gegenwärtigem Kenntnisstand ebenfalls nicht genutzt werden, um das Forschungsziel zu erreichen. Voraussetzung für die Erreichung des Forschungsziels ist die Verfügbarkeit großer Mengen humaner kardialer Zellen, wie sie für die Transplantation auch in größere Versuchstiere (Schwein, Affe) benötigt werden. Derart große Mengen kardialer Zellen lassen sich in reproduzierbarer Qualität derzeit aber in vitro nur aus humanen pluripotenten Stammzellen gewinnen. Andere humane Zelltypen sind hier nicht geeignet. Primäre kardiale Zellen lassen sich nicht in den für die Projektdurchführung erforderlichen Mengen isolieren, sind in Kultur nicht oder nur sehr begrenzt vermehrungsfähig und weisen präparationsabhängige Unterschiede in ihrer Qualität auf. Vorläufer von Skelettmuskelzellen haben sich in der Vergangenheit ebenfalls als für kardiale Therapien ungeeignet erwiesen. Zur Frage der Eignung humaner adulter Stammzellen für kardiale Therapien existiert eine lange wissenschaftliche Kontroverse. Relevant für die Tatsache, dass sich somatische Stammzellen des Menschen aus Blut und Knochenmark zur Erreichung der Forschungsziele nicht eignen, ist ihre Unfähigkeit, in vitro in die hier erforderlichen Zelltypen zu differenzieren, selbst wenn sie – beispielsweise durch parakrine Effekte – zur Verbesserung der klinischen Situation bei Herzerkrankungen beitragen können.

Die einzigen Zellen, deren Verwendung die Erreichung der Forschungsziele nach derzeitigem Kenntnisstand erlauben würde, sind pluripotente Stammzellen des Menschen. Da es ausdrückliches Ziel der Forschungsarbeiten ist, zu überprüfen, ob sich hES- und hiPS-Zellen in gleicher Weise für die Herstellung transplantierbaren humanen kardialen Gewebes eignen, ist die Verwendung beider Zelltypen zur Erreichung der Forschungsziele unerlässlich. Zudem wurde dargelegt, dass – obgleich in vielen Arbeiten die Herstellung kardialer Zellen aus hiPS-Zellen beschrieben wurde – die Frage nach der Gleichwertigkeit beider Zelltypen hierfür weiterhin offen ist. Dabei wurde zum einen auf die starken Linien-spezifischen Unterschiede im kardialen Differenzierungspotential von hiPS-Zellen hingewiesen. Zum anderen wurde dargelegt, dass in der Literatur mehrfach über Defizite in den elektrophysiologischen und pharmakologischen Eigenschaften von aus hiPS-Zellen abgeleiteten Kardiomyozyten berichtet wurde. Insofern muss es derzeit als weiterhin ungeklärt angesehen werden, ob hiPS-Zellen als Ausgangsmaterial für die kardiale Differenzierung und in der weiteren Perspektive für kardiale Gewebeersatztherapien in gleicher Weise wie hES-Zellen geeignet sind. Die Verwendung von hES-Zellen ist daher gerechtfertigt und erforderlich.

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