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Medizin

Beta-Zellen aus Stammzellen kurieren Typ-1-Diabetes bei Mäusen

Mittwoch, 9. Juni 2021

Mikroskopische Aufnahme von Fibroblasten. /picture-alliance, dpa

La Jolla/Kalifornien – US-Forschern ist es gelungen, humane Stammzellen, die heute aus den Fibroblasten einer einfachen Hautbiopsie gewonnen werden können, in ausreichender Menge in Beta-Zellen zu verwandeln, die nach einer Transplantation unter die Nierenkapsel von Mäusen innerhalb von 2 Wochen mit einer ausreichenden Produktion von Insulin begannen und den künstlich erzeugten Typ-1-Diabetes der Mäuse kurierten. Die in Nature Communications (2021; DOI: 10.1038/s41467-021-23525-x) vorgestellten Ergebnisse schaffen erstmals eine realistische Perspektive für klinische Studien.

Zum Typ-1-Diabetes kommt es infolge einer Zerstörung der insulinproduzierenden Beta-Zellen durch ein fehlgeleitetes Immunsystem. Die Krankheit ist nicht heilbar, weil die Regenerationsfähigkeit der Beta-Zellen begrenzt ist und neu gebildete Zellen durch das Immunsystem sofort wieder beseitigt werden. Eine mögliche Behandlung besteht in der Transplantation von Beta-Zellen, die aus Stammzellen hergestellt werden.

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Dies ist seit einigen Jahren im Prinzip möglich. Fibroblasten aus einer Hautprobe können im Labor in humane pluripotente Stammzellen (hPSC) zurückversetzt werden, die sich dann in Beta-Zellen ausdiffe­renzieren lassen. Die Produktion der Beta-Zellen war jedoch bisher schwierig und die Ausbeute gering. Dies erhöht nicht nur die Kosten. Wenn bei der Differenzierung auch andere Zellen als Beta-Zellen entstehen, sind Probleme abzusehen. Diese Zellen können die Insulinproduktion stören und, was schlimmer wäre, zum Ausgangspunkt von Tumoren werden.

Einem Team um Juan Carlos Izpisua Belmonte vom Salk Institute in La Jolla/Kalifornien ist es jetzt gelungen, die Ausbeute an Beta-Zellen deutlich zu erhöhen und die Bildung von störenden anderen Zellen zu vermeiden. Dies gelang einmal mit einer neuen Kombination von 10 Substanzen, die die Differenzierung der hPSC in die richtige Richtung lenkten und beschleunigten.

Die Entwicklung zur Beta-Zelle erfolgte in 8 Stadien, die die embryonale Entwicklung der Beta-Zellen vom Endoderm über das primitive Darmrohr und den hinteren Vorderdarm rekapitulierten. Dabei entstanden Vorläuferzellen, die in einem letzten Schritt in hormonproduzierende Beta-Zellen ausdifferenziert wurden. Alle 8 Stadien nahmen etwa 50 Tage in Anspruch. Ein Teil des Erfolgsrezepts scheint zu sein, dass die Forscher die Zellen nicht in Petrischalen vermehrten, sondern ihnen in speziellen Bioreaktoren die Möglichkeit gaben, sich in allen 3 Dimensionen auszubreiten.

Die Beta-Zellen waren am Ende in der Lage, einen Anstieg des Blutzuckers zu erkennen und darauf mit der vermehrten Freisetzung von Insulin zu reagieren. Die Zellen sprachen sogar auf Inkretinmimetika wie Exenatid an, die zur Behandlung des Typ-2-Diabetes eingesetzt werden, um die Insulinproduktion zu erhöhen. Der Gesamtinsulingehalt der Zellen war laut Belmonte mit dem in primären menschlichen Inselzellen vergleichbar.

In einem Tierexperiment wurden die Zellen unter die Nierenkapsel von Mäusen transplantiert, deren Beta-Zellen zuvor mit Streptozotocin zerstört wurden. Dies löst bei den Tieren einen Typ-1-Diabetes aus, der durch die Stammzelltransplantation kuriert wurde. Der Blutzucker normalisierte sich innerhalb von etwa 2 Wochen. Eine Teratombildung, die nach der Transplantation undifferenzierter Zellen häufiger beobachtet wurde, blieb dagegen aus.

Die Studie zeigt, dass es inzwischen technisch möglich wäre, genügend Beta-Zellen für eine Transplan­tation zu produzieren. Offen ist allerdings die Frage, ob die Zellen beim Menschen angesichts der Fehlregulierung des Immunsystems überlebensfähig wären.

Es ist zu befürchten, dass die weiter im Blut der Patienten vorhandenen Insulinantikörper einen Angriff auf die transplantierten Zellen auslösen. Dieser könnte zwar durch Medikamente unterdrückt werden. Die Nebenwirkungen einer lebenslangen Immunsuppression wären für die meisten Patienten jedoch nachteiliger als die täglichen Insulininjektionen. Eine Ausnahme wären möglicherweise Diabetiker, die wegen ihrer diabetischen Nierenschäden bereits ein Organtransplantat erhalten haben und deshalb ohnehin Immunsuppressiva einnehmen müssen. © rme/aerzteblatt.de

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