Mit Stammzellen: Zellersatztherapie bei Typ-1-Diabetes

Großer Sprung vorwärts für die Stammzellenforschung

Es ist ein lang gehegter Traum der Wissenschaft: Aus Stammzellen reifen Insulin produzierende Betazellen der Bauchspeicheldrüse heran und ermöglichen Diabetikern ein fast normales Leben. Diese Vision von der Zellersatztherapie ist nun ein ganzes Stück weit näher gerückt, denn Forschern vom Deutschen Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt in München gelang es, den Signalweg für die Entwicklung von Bauchspeicheldrüsenzellen aufzudecken. Die Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler im Fachmagazin Nature.

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Beim Checkup durch den Hausarzt wird auch regelmäßig der Blutzuckerspiegel gemessen. Ist dieser zu hoch, könnte das auf eine Diabetes-Erkrankung hinweisen. Bestätigt sich der Verdacht, so gehört für Typ-1-Diabetiker ab sofort die tägliche Kontrolle des Blutzuckers und die auf die Situation angepasste Insulin-Ersatztherapie zum Leben dazu wie das Ein- und Ausatmen.

 

Der Typ-1-Diabetes gehört zu den Autoimmunerkrankungen. Das eigene Immunsystem greift dabei mit den Betazellen ausgerechnet jene Zellen der Bauchspeicheldrüse an, die das wichtige Hormon Insulin produzieren. Insulin ist für die Regulierung des Blutzuckerspiegels lebensnotwendig. Schon lange träumen die Mediziner davon, mit Hilfe von Stammzellen die kaputten Zellen einfach zu ersetzen und so den Patienten die lebenslange Insulin-Ersatztherapie zu ersparen, bei der mehrmals täglich der Blutzuckerspiegel überwacht und mit Insulinspritzen entsprechend nachgesteuert werden muss.

 

Was wird die Zelle einmal werden? Gerüstzelle oder Hormon-produzierende Betazelle?

Den Wissenschaftlern in München ist es nun gelungen, die grundsätzlichen Signale zu entdecken, die die Differenzierungsprozesse in der Bauchspeicheldrüse steuern und darüber entscheiden, ob sich Vorläuferzellen zu Gerüstzellen oder zu endokrinen, d. h. zu Hormon produzierenden Betazellen, entwickeln.

Damit sich auch Laien das Zusammenspiel etwas besser vorstellen können, benutzen die Forscher zum Erklären der Prozesse das Bild eines Flipperautomaten. Ähnlich wie die Kugel beim Flippern bewegen sich in der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) die Zellen hin und her. Dadurch verändert sich ständig ihre Umgebung, die sogenannte extrazelluläre Matrix. Beim Flipperspiel verändert sich der Punktestand durch die Anzahl der Kontakte der Kugel mit bestimmten Bereichen der Spielfläche. Genauso verändert sich in der Bauchspeicheldrüse auch die Entwicklung der Zellen durch die Kontakte mit bestimmten Komponenten der extrazellulären Matrix.

 

Kontakt mit unterschiedlichen Matrixproteinen entscheidet über das Schicksal der Zellen

Dieses Hin- und Herwandern jedoch erschwerte es den Wissenschaftlern bislang, das Verhalten der Vorläuferzellen in der Pankreas genau zu beobachten. Das Problem wurde in München umgangen, indem die Wissenschaftler die Situation aufwändig experimentell nachbauten. Dafür wurden die aus Stammzellen erzeugten Vorläuferzellen einzeln auf Glasplättchen aufgebracht. Auf den Glasplättchen waren wiederum verschiedene Proteine der extrazellulären Matrix aufgedruckt.

 

 

Zur Überraschung der Forscher stellte sich heraus, dass der Kontakt mit unterschiedlichen Matrixproteinen die mechanischen Kräfte in den Vorläuferzellen veränderte. Kamen die Vorläuferzellen mit dem Protein Laminin in Kontakt, so verringerte sich die mechanische Spannung in den Zellen und sie schlugen die Richtung ein, sich in endokrine Zellen zu entwickeln. Kamen die Vorläuferzellen dagegen mit dem Protein Fibronektin in Kontakt, so erhöhte sich die mechanische Spannung. Aus diesen Vorläuferzellen entwickelten sich Gerüstzellen, die jedoch kein Insulin produzieren können.

 

Differenzierungsprozess von Stammzellen in der Pankreas auf molekularer Ebene entschlüsselt

Durch diese Untersuchungen gelang es, den Signalweg auf molekularer Ebene zu entschlüsseln und auch bereits während der Pankreasentwicklung in-vivo zu überprüfen. Bislang tauchten in Protokollen zur Herstellung von Pankreaszellen zahlreiche Substanzen auf, bei denen die Wissenschaftler nicht genau wussten, wie wichtig sie für den Prozess sind. Nun können etliche Substanzen außer Acht gelassen und es kann sich nur auf die wirklich wichtigen Proteine und Botenstoffe konzentriert werden. Mit diesem Wissen lässt sich der Differenzierungsprozess von Pankreaszellen im Labor nachbauen. Damit wäre der Weg geebnet, um die Insulin produzierenden Betazellen im Bioreaktor in großer Stückzahl und zu vertretbaren Kosten aus menschlichen Stammzellen herzustellen. Die kultivierten Stammzellen könnten dann die durch den Typ-1-Diabetes zerstörten Zellen ersetzen. Die Insulin-Ersatztherapie für Diabetiker würde dann nicht mehr benötigt.

 

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