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132. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

Erteilt am 12.12.2017

ivers1. Genehmigungsinhaber(in)

Prof. Dr. James Adjaye, Heinrich-Heine Universität Düsseldorf

2. Zell-Linien

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

  • H1 (WiCell Research Institute, Madison, WI, USA)
  • H9 (WiCell Research Institute, Madison, WI, 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-Linien.

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Gegenstand der genehmigten Forschungsarbeiten ist die Klärung der Fragestellung, ob aus humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) gewonnene mesenchymale Stammzellen (MSC) zur Behandlung des Crigler-Najjar-Syndrom Typ 1 (CN1) genutzt werden können. CN1 ist eine angeborene Störung im Stoffwechsel von Bilirubin, für die bislang keine effiziente Therapie zur Verfügung steht.

Zunächst sollen hES-Zellen auf der Grundlage bereits etablierter und publizierter Protokolle zu MSC differenziert und diese in vitro umfassend charakterisiert werden, beispielsweise bezüglich der Präsenz von für MSC typische Oberflächenmarker und im Hinblick auf ihr Potential zur Differenzierung in Osteoblasten, Chondroblasten und Adipozyten. Danach sollen die MSC in partiell hepatektomierte Gunn-Ratten transplantiert werden, die ein gut charakterisiertes Tiermodell für CN1 darstellen. Dabei soll überprüft werden, ob und inwieweit aus hES-Zellen abgeleitete MSC das Potential haben, den CN1-Phänotyp zu reversieren oder zu mildern. In diesem Zusammenhang soll u. a. untersucht werden, ob die Zellen sich in die Leber integrieren, ob sie sich in Richtung hepatischer Zellen transdifferenzieren und welche immunologischen Reaktionen auftreten.

Alle Arbeiten werden auch unter Verwendung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) durchgeführt, um zu klären, ob hES- und hiPS-Zellen ein identisches Potential zur Differenzierung in MSC haben und bezüglich der hier interessierenden Eigenschaften funktional gleichwertig sind.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten unter Verwendung von hES-Zellen hochrangigen Forschungszielen für die Entwicklung neuer therapeutischer Verfahren zur Anwendung bei Menschen, wobei auch Erkenntnisse mit Relevanz für die Grundlagenforschung gewonnen werden können. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

CN1 ist eine seltene Erkrankung, die durch eine Mutation im Gen für das Enzym Uridindiphosphoglucuronat-Glucuronosyltransferase 1A1 (UGT1A1) verursacht wird und bei der eine erhöhte Konzentration von Bilirubin im Blut (Hyperbilirubinämie) und im Gewebe vorliegt. Gegenwärtig sind die Behandlungsoptionen für diese Erkrankung stark limitiert, und auch unter Therapie kann eine Bilirubinenzephalopathie auftreten, die zu schweren Schädigungen des zentralen Nervensystems mit erheblichen Spätfolgen führen und die ggf. auch letal verlaufen kann. Für die bei CN1 angezeigte Lebertransplantation bzw. die allogene Transplantation von Hepatozyten aus Spenderlebern stehen nicht genügend Spenderorgane zur Verfügung. Im Rahmen der genehmigten Forschungsarbeiten soll daher anhand eines gut charakterisierten Tiermodells für CN1, der sog. Gunn-Ratte, untersucht werden, inwieweit die Transplantation von aus pluripotenten Stammzellen gewonnenen MSC eine alternative Therapieoption darstellt.

Zunächst werden hES-Zellen unter Einsatz etablierter und ggf. weiter zu optimierender Protokolle für die Differenzierung von humanen pluripotenten Stammzellen zu MSC differenziert. Anschließend werden die MSC in Gunn-Ratten transplantiert, die zuvor einer partiellen Hepatektomie unterzogen wurden. Gunn-Ratten haben eine Mutation im UGT1A1-Gen, wodurch ein verkürztes und nicht funktionales Proteins vorliegt. Folglich weisen Gunn-Ratten – ebenso wie CN1-Patienten – keine Exkretion von Bilirubin auf, leiden lebenslang unter Hyperbilirubinämie und entwickeln spontane Bilirubinenzephalopathien. Nach Transplantation der MSC über die Milz soll untersucht werden, ob die transplantierten MSC in die geschädigte Leber integrieren und ggf. in funktionale Hepatozyten transdifferenzieren. Anhand der Konzentration von Bilirubin im Rattenserum kann der therapeutische Erfolg eingeschätzt und durch Messung der Konzentration von humanem Albumin (und ggf. weiterer von der menschlichen Leber sekretierter Proteine) zudem Aufschluss darüber erlangt werden, inwieweit eine Transdifferenzierung der transplantierten Zellen in Hepatozyten erfolgt ist. Ferner soll bestimmt werden, welchen immunologischen Reaktionen das Transplantat ausgesetzt ist. Aus diesen Arbeiten sind Kenntnisse über das Potential hES-Zell-abgeleiteter MSC zur In vivo-Regeneration der Leber zu erwarten, womit zur Schaffung von Grundlagen für eine künftig mögliche Gewebeersatztherapie für Patienten mit CN1 beigetragen werden kann. Da die beantragten Arbeiten im Vergleich mit hiPS-Zellen durchgeführt werden sollen, kann voraussichtlich auch geklärt werden, ob aus hES- und hiPS-Zellen gewonnene MSC in gleicher Weise in der Lage sind, in MSC zu differenzieren und nach Transplantation abgeleiteter MSC in Gunn-Ratten den pathologischen Phänotyp zu mildern bzw. vollständig aufzuheben. Dadurch kann auch zur Klärung der stärker generellen Frage beigetragen werden, ob aus hiPS-Zellen und hES-Zellen hergestellte MSC zur Therapie von Stoffwechselerkrankungen genutzt werden können, die mit einer Fehlfunktion von Leberzellen einhergehen. Dies ist von erheblicher medizinischer Relevanz.

Aus den genehmigten Forschungsarbeiten lassen sich voraussichtlich auch Erkenntnisse über die Fähigkeit von humanen MSC zur Transdifferenzierung in Leberzellen gewinnen, die unter den Bedingungen der hepatischen In-vivo-Nische sowie – infolge der partiellen Hepatektomie – unter den Bedingungen einer sich rapide regenerierenden Leber erfolgt. Dies kann auch dazu beitragen, zellbiologische Grundlagen von und Voraussetzungen für Transdifferenzierung besser als bislang zu verstehen.

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.

Bereits in früheren Studien ist gezeigt worden, dass bestimmte Populationen von MSC ein multi lineage-Potential haben, sich also auch in Zelltypen differenzieren können, die sich aus verschiedenen Keimblättern ableiten, wie z. B. kardiale Zellen oder Neuronen. Für Erkrankungen wie Multiple Sklerose, Ischämiesyndrom oder Autoimmunerkrankungen wurde in verschiedenen Tiermodellen gezeigt, dass MSC ein erhebliches regeneratives Potential haben. Zudem werden native MSC verschiedenen Ursprungs bereits für somatische Zelltherapien beim Menschen eingesetzt. Auf pluripotenten Stammzellen basierende MSC werden in Australien bereits in einer klinischen Studie zur Behandlung der Graft-versus-Host-Krankheit genutzt.

Zudem wurden Daten dargelegt, nach denen hiPS-Zellen bereits erfolgreich zu MSC differenziert wurden, die die für diesen Zelltyp charakteristischen Oberflächenmarker aufwiesen, und in Adipozyten, Osteoblasten und Chondroblasten weiterdifferenziert werden konnten. Die Transplantation dieser MSC in Gunn-Ratten, die zuvor einer partiellen Hepatektomie unterzogen worden waren, zeigten die erwarteten (therapeutischen) Effekte. Zudem liegen Hinweise darauf vor,  dass eine Differenzierung der transplantierten MSC in Richtung humaner Hepatozyten stattgefunden hat. Die dem Forschungsvorhaben zugrundeliegende Hypothese, dass durch Transplantation von hES-Zell-abgeleiteten MSC die Hyperbilirubinämie im Tiermodell gemildert werden kann, ist aufgrund der dargelegten Vorklärungen gut begründet und plausibel.

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

Langfristiges Ziel der genehmigten Forschungsarbeiten ist die Entwicklung einer Zellersatztherapie für die Behandlung von CN1 beim Menschen. Dies erfordert die Nutzung von humanem Zellmaterial. Differenzierte MSC aus pluripotenten Stammzellen anderer Spezies, insbesondere von Nagern, können für das Erreichen der Forschungsziele aus diesem Grunde nicht eingesetzt werden. Zudem bestehen im Vergleich zum Menschen Unterschiede in den molekularen Grundlagen der Zelldifferenzierung und des Differenzierungspotentials.

Die Forschungsziele können voraussichtlich auch nicht unter Verwendung primärer MSC erreicht werden, wie sie sich beispielsweise aus Knochenmark, Nabelschnurblut, Fettgewebe und Fruchtwasser isolieren lassen. Für künftige Zellersatztherapien werden MSC in sehr großen Mengen benötigt, die zudem in reproduzierbarer Qualität zur Verfügung stehen müssen. Dies trifft bereits auch für die hier genehmigten Forschungsarbeiten zu, in denen die Eignung verschiedener Typen pluripotenter Stammzellen als Ausgangsmaterial für MSC getestet werden soll. Zudem ist die Proliferationsfähigkeit primärer MSC limitiert, und die Identität von MSC aus verschiedenen Quellen ist nicht abschließend geklärt.

Die Forschungsziele können auch nicht unter alleiniger Nutzung von hiPS-Zellen durchgeführt werden. Das zentrale Ziel des Forschungsvorhabens besteht gerade darin, die Frage zu klären, ob aus hES- und hiPS-Zellen gewonnene MSC in gleicher Weise geeignet sind, nach Transplantation in hepatektomierte Gunn-Ratten die Hyperbilirubinämie zu beheben.

Stand: 12.12.2017

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