Mit Stammzellen & Gentherapie gegen Diabetes

Diabetes-Therapie mittels Hauttransplantation

Haut, die Diabetes-Patienten entnommen und gentechnisch verändert wird, könnte die Therapie der Zuckerkrankheit verändern. Auch im Kampf gegen Fettleibigkeit wäre die Methode einsetzbar: Wissenschaftler von der University of Chicago (USA) entwickelten ein neues Verfahren, das auf die Gentherapie setzt, jedoch den Einsatz von Viren als Genfähren überflüssig machen könnte. Die amerikanischen Forscher nutzen dafür gentechnisch veränderten Stammzellen aus der Haut. Daraus möchten sie wiederum Hautgewebe züchten und dieses Patienten mit Diabetes mellitus oder Fettleibigkeit transplantieren. Die neue Haut produziert ein Hormon, mit dessen Hilfe sich der Blutzucker senken lässt.

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Egal was Diabetiker essen, sie müssen auf ihre Ernährung und ihren Blutzuckerspiegel achten. Selbst vermeintlich gesunde Lebensmittel wie Trockenfrüchte können durch versteckten Zucker und Kohlenhydrate den Blutzucker in die Höhe treiben. Durch die Autoimmunerkrankung sind  Diabetes-Patienten nicht in der Lage, ausreichend Insulin zu produzieren. Jetzt wollen Forscher mit genmanipulierten Hautstammzellen helfen. Aus ihnen züchten sie transplantierbares Hautgewebe, das ein blutzuckerspiegelsenkendes Hormon produziert.

 

Neues Verfahren setzt auf gentechnisch veränderte Stammzellen

Die neue Methode wurde zunächst im Tierversuch und nur für Diabetes getestet. Sie bietet sich jedoch bei einer Reihe von anderen Krankheiten an. Das Verfahren lässt sich sehr vereinfacht wie folgt beschreiben: Für ihre Versuche entnahmen die Forscher Hautproben von Mäusen. Aus den Proben wurden Stammzellen isoliert und im Labor gentechnisch verändert. Sie erhielten ein zusätzliches Gen, das ein bestimmtes Hormon steuert. Dieses Hormon hilft, den Blutzuckerspiegel zu senken, indem die Insulinbildung verstärkt wird. Außerdem verringert es den Appetit. Aus den genmanipulierten Stammzellen züchteten die Wissenschaftler im nächsten Schritt Hautgewebe, dass zuckerkranken, adipösen Mäusen transplantiert wurde. Bei den Nagern setze die transplantierte Haut das blutuzuckersenkende Hormon dauerhaft frei und gab es in den Blutkreislauf ab. Über die Größe des transplantierten Gewebes lässt sich außerdem die abgegebene Dosis steuern.

Im Fachblatt Cell Stem Cell berichten die Wissenschaftler über ihre Versuche. Die dort geäußerte Hoffnung ist, dass sich die Optimierung des Verfahrens beschleunigen lassen könnte, da Hautverpflanzungen aus künstlich gezüchteten Hautzellen von Patienten bereits im klinischen Alltag beispielsweise bei Brandverletzungen zum Einsatz kommen.

 

Diabetes mellitus Typ 1 und 2 sind weltweit auf dem Vormarsch

Die Gentechnik selbst kann die Grunderkrankung Diabetes mellitus nicht heilen. Bei der sogenannten Zuckerkrankheit handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung, bei der Immunzellen die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) angreifen und zerstören. Aufgrund veränderter Lebensweisen und dem Einfluss von Umweltfaktoren steigt die Zahl der Diabetes-Patienten. Bislang müssen die Betroffenen das fehlende Hormon substituieren: entweder per Tabletten oder per Spritze. Es besteht dennoch die Gefahr der Überzuckerung und Unterzuckerung mit gravierenden Langzeitfolgen. Das jetzt entwickelte Verfahren würde die Diabetes-Therapie ein Stück weit vereinfachen und ein Mehr an Lebensqualität bedeuten. Patienten mit Diabetes oder Fettleibigkeit könnten so besser ihren Blutzuckerspiegel in den Griff bekommen.

Die Chicagoer Forscher konzentrierten sich zunächst auf das Krankheitsbild Diabetes mellitus, da diese Krankheit auf dem besten Weg ist, sich zur Volkskrankheit zu entwickeln. Von der neuen Therapie könnten viele Menschen profitieren.

 

 

Hohe Robustheit: Hautzellen für Stammzellentherapie besonders gut geeignet

Prinzipiell eignen sich Hautzellen für gentherapeutische Verfahren sehr gut. Die Gewinnung ist einfach und risikoarm. Hautzellen sind außerdem ziemlich robust, sodass sie gentechnische Manipulationen gut überstehen. Außerdem lassen sie sich gut vermehren. Nach der Retransplantation ist es einfach, die Funktion zu überprüfen. Die Hauttransplantate aus gentechnisch veränderten Stammzellen entfalten ihre Wirkung über längere Zeiträume. Sollten die Dienste nicht mehr erforderlich sein, weil beispielsweise adipöse Patienten genügend Gewicht verloren hätten, dann ließen sich die Transplantate auch recht schnell wieder entfernen. Die Wirkung der Gentherapie wäre damit rückgängig gemacht.

Die gentechnische Veränderung der Stammzellen erfolgt in der Petrischale. Damit können Mediziner auf die Mithilfe von Genfähren im Körper des Patienten verzichten. Die Gefahr von unerwünschten Nebenwirkungen wird somit geringgehalten.

 

Blutzuckerspiegel-senkendes Hormon GLP-1 freigesetzt

Was haben die Chicagoer Forscher nun genau gemacht? Die einzelnen Schritte beschreiben sie in der Veröffentlichung im Fachmagazin. Zunächst wurden den Mäusen Hautzellen entnommen und die Hautstammzellen isoliert. Die Hautstammzellen veränderten die Forscher so, dass sie kontrollierbar das Hormon GLP-1 freisetzen. Dabei handelt es sich um ein Peptid, dass im Normallfall Darmzellen bilden und ins Blut abgeben. GLP-1 fördert die Insulinproduktion in der Bauchspeicheldrüse. Es verzögert außerdem die Entleerung des Magens, sodass ein längeres Sättigungsgefühl besteht. Damit gilt das Hormon als Appetithemmer. Normalerweise ist es im Blut nur wenige Minuten lang stabil. Die Wissenschaftler mussten das Hormon daher so verändern, dass eine stabilere Form des Peptids entstand. Für diese Manipulation nutzten sie das weltweit wegen seiner hohen Präzision gefeierte Gentechnik-Werkzeug CRISPR/Cas. Damit fügten die Stammzellenforscher dem Erbgut einen Schalter für das Gen hinzu, der auf winzige Mengen des Antibiotikums Doxycyclin reagiert.

Im nächsten Schritt ließen die Wissenschaftler im Labor aus den veränderten Stammzellen mehrschichtiges Unterhautgewebe heranwachsen. Dieses per Tissue Engineering gewonnene, künstliche Gewebe wurde den Mäuseprobanden als autologes Transplantat eingepflanzt. Das bedeutet: Die Maus, die die ursprünglichen Zellen spendete, erhielt auch das daraus künstlich gewachsene Gewebe transplantiert. Das Immunsystem der Mäuse attackierte die neugezüchtete Haut nicht, d. h. es kam zu keinen Abstoßungsreaktionen. Die transplantierte Haut wuchs in das Unterhautgewebe fest ein. Anzeichen für entartete Zellen, also die Bildung von Tumoren und damit ein einsetzendes Krebswachstum, konnten nicht festgestellt werden.

Die behandelten Mäuse erhielten fettreiche Nahrung, sodass sie einen Diabetes mellitus sowie krankhaftes Übergewicht (Adipositas/Fettleibigkeit) entwickelten. Eine Gruppe der kranken Mäuse nahm nun mit der Nahrung Doxycyclin auf. Bei ihnen schaltete sich das manipulierte GLP1-Gen aus den Hautzellen ein. Das Hormon wurde, wie gewünscht, von der Haut ins Blut abgegeben und senkte den Blutzucker, da der Insulinspiegel anstieg. Im Vergleich zur nicht mit Doxycyclin behandelten Gruppe verringerte sich die Gewichtszunahme der Tiere. Den amerikanischen Forscher gelang der Nachweis, dass die gentherapeutisch veränderten Hautzellen ihre therapeutische Wirkung über einen längeren Zeitraum beibehielten. Das eingebaute GLP-1-Gen war mindestens vier Monate lang aktiv.

 

Die nächsten Schritte im Kampf gegen Diabetes

Den Wissenschaftler ist es auch schon gelungen, aus menschlichen Hautzellen gentechnisch verändertes Hautgewebe zu züchten. Dieses wurde bisher Mäusen mit ausgeschaltetem Immunsystem eingepflanzt. Hier hatte das Transplantat mit humanen Hautzellen die gleiche Wirkung. Es gab das GLP-1-Peptid ab. Im nächsten Schritt müsste das gentherapeutische Verfahren seine Sicherheit und Wirkung in ersten klinischen Studien am Menschen beweisen. Experten sagen der Methode eine große Zukunft voraus, denn sie eignet sich nicht nur zur Behandlung von Diabetes oder Adipositas. Sie könnte auch in der Therapie von Hämophilie (Bluterkrankheit) oder Stoffwechselkrankheiten zum Einsatz kommen. Bei vielen dieser Erkrankungen liegt ein Erbgutdefekt vor, der dafür sorgt, dass der Körper ein bestimmtes Protein nicht produzieren kann.

 

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