Spender-Stammzellen für das Tissue Engineering

Regenerative Medizin: Gewebe aus Spender-Stammzellen in Japan verpflanzt

Zum zweiten Mal transplantierten Mediziner aus Japan Gewebe, das aus induzierten pluripotenten Stammzellen (IPS-Zellen) gezüchtet wurde. Die weltweit für Beachtung sorgende Premiere dabei: Die Stammzellen wurden nicht aus den eigenen Zellen des Patienten gewonnen, sondern die Ärzte griffen auf IPS-Zellen eines Spenders zurück.

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Zur Behandlung einer altersbedingten Makuladegeneration (AMD) griffen japanische Forscher auf aus induzierten pluripotenten Stammzellen eines Spenders gezüchtete Netzhautzellen zurück. Forscherkollegen aus aller Welt beobachten aufmerksam die Ergebnisse, denn mit dem Verfahren ließen sich Zeit und Kosten sparen, sodass weitere Einsatzgebiete in den Bereich des Machbaren rücken könnten.

 

Bereits 2014 schaffte eine Nachricht den Sprung von der wissenschaftlichen Fachpresse hinüber in die großen Tageszeitungen und sorgte dort für Furore. Japanische Augenärzte berichteten damals, dass sie einer 77-jährigen Patientin mit schwerster altersbedingten Makuladegeneration (AMD) Netzhautzellen ins Auge transplantierten. Für die Gewinnung der Netzhautzellen wurde damals das erst wenige Jahre zuvor, ebenfalls in Japan entdeckte Verfahren der induzierten pluripotenten Stammzellen genutzt. Der Coup gelang am Kobe City Medical Center, das eng mit den Stammzellenspezialisten des Forschungszentrums Riken zusammenarbeitete.

 

Induzierte, pluripotente Stammzellen: normale Körperzellen werden in Stammzellen zurückverwandelt

2006 entdeckte der Stammzellenforscher Shin’ya Yamanaka zusammen mit seinem Team, dass sich ganz normale Körperzellen zurückverwandeln lassen in Stammzellen. Diese Entdeckung bescherte Yamanaka 2012 übrigens den Medizinnobelpreis.

Um induzierte pluripotente Stammzellen herzustellen, werden meist Hautzellen genutzt. Diese sind recht robust und lassen sich ohne größere Probleme gewinnen. Indem sie im Labor mit bestimmten Botenstoffen in Kontakt kommen, beginnen sie sich, rückwärts zu entwickeln. Aus den adulten, somatischen Körperzellen werden wieder Vorläuferzellen, die quasi-embryonale Eigenschaften haben. Diese IPS-Zellen sind in der Lage, sich in eine Vielzahl von Zelltypen auszudifferenzieren. Damit können sie z. B. zu Herzzellen, Leberzellen oder eben Netzhautzellen werden.

Das Ziel der japanischen Stammzellenforscher um Yamanaka war und ist, die patienteneigenen Hautzellen zunächst in IPS-Zellen umzuwandeln und dann aus den Stammzellen das benötigte Gewebe zu züchten. Damit ließe sich einerseits der Mangel an geeigneten Spenderorganen umgehen. Da es sich um patienteneigene Stammzellen und damit auch um körpereigenes Gewebe handeln würde, entfallen andererseits die bei Transplantationen gefürchteten Abstoßungsreaktionen. Um diese zu unterdrücken, müssen Organempfänger nämlich ein Leben lang Immunsuppressiva einnehmen. Diese können schwere Nebenwirkungen haben.

Bei Geweben aus eigenen Zellen entfällt diese Maßnahme, da das Immunsystem das Transplantat nicht als fremd erkennt. Die entsprechenden Reaktionen gibt es nicht.

 

Erste Langzeiterfahrungen mit induzierten, pluripotenten Stammzellen bei AMD

Mittlerweile gibt es erste Langzeiterfahrungen mit den patienteneigenen IPS-Zellen. Im Frühjahr 2017 erschien ein Bericht über die 2014 behandelte, damals 77-jährige Patientin mit schwerster Makuladegeneration. Die Frau ist mittlerweile über 80 Jahre alt. Die Ärzte müssen festhalten, dass die 2014 durchgeführte Behandlung leider nicht dazu führte, die Sehstärke der Patientin zu verbessern. Dennoch konnten die Ärzte einen Erfolg für sich verbuchen: Das Fortschreiten der Erkrankung wurde aufgehalten. Die AMD kam damit zum Stillstand. Auch wenn sich das Sehvermögen nicht verbesserte, so kam es zu keiner weiteren Verschlechterung. Auch unerwartete Nebenwirkungen konnten nicht beobachtet werden, weswegen das Verfahren, Patienten Gewebe aus eigenen induzierten pluripotenten Stammzellen zu transplantieren, als recht sicher angesehen wird.

 

Teuer & zeitaufwändig: Netzhautzellen aus patienteneigenen IPS-Zellen zu züchten

Die Züchtung von Geweben aus patienteneigenen Zellen ist allerdings sehr teuer und zeitaufwändig. Die Behandlung dieser einzelnen Patientin verursachte Kosten in Höhe von umgerechnet rund 840.000 Euro. Es dauerte ungefähr zehn Monate, bis aus den Hautzellen genügend Netzhautzellen für die Transplantation entstanden waren. Dieser Aufwand ist auch der Grund, warum die Methode bislang bei keinem anderen Patienten zum Einsatz kam.

Nun jedoch möchten die japanischen Forscher einen etwas anderen Weg einschlagen und zunächst fünf Patienten behandeln. Der erste Patient war ein 60-jähriger Mann – ebenfalls mit altersbedingter Makuladegeneration. Für seine Behandlung wurden allerdings fertige IPS-Zelllinien genutzt, die in der Biobank der Universität Kyoto gelagert werden. Die Zellen stammen von Spendern. Durch den Rückgriff auf Spenderstammzellen dauert das Heranwachsen der Netzhautzellen im Labor nur noch knapp vier Wochen. Die Kosten des Verfahrens verringern sich um den Faktor fünf.

 

Ist das Verfahren der IPS-Spenderstammzellen zur AMD auch auf andere Behandlungen übertragbar?

Andere Stammzellenforscher beobachten die Fortschritte der japanischen Kollegen sehr aufmerksam. Werden die genutzten Zellen vom Immunsystem als fremd erkannt? Die Gefahr einer Abstoßungsreaktion ist durch die besondere Situation im Auge deutlich geringer als im Rest des Körpers. Das Auge ist ein Ort, der vor dem Immunsystem recht gut abgeschirmt ist. Um die Gefahr dennoch so gering wie möglich zu halten, haben die Wissenschaftler in Japan zuvor ein sogenanntes HLA-Matching vorgenommen. Dabei werden die HLA-Antigene von Spender und Empfänger untersucht. Die HLA-Antigene sind ganz bestimmte Marker auf der Oberfläche der Zellen und so individuell wie der Fingerabdruck. Diese Kombination der Antigene sorgt dafür, dass das Immunsystem eigene Zellen von fremden Zellen unterscheiden kann. Nur wenn die HLA-Merkmale von Spender und Empfänger zueinander passen, kann aus den Spenderstammzellen das benötigte Gewebe gezüchtet werden.

In der Biobank der Universität Kyoto lagern 75 IPS-Zelllinien. Experten schätzen, dass diese für bis zu 80 Prozent der Japaner biologisch passende Transplantate liefern können.

Die Zeit wird zeigen, ob sich das Verfahren, Gewebe aus Spenderstammzellen zu züchten, durchsetzen kann. Mit ihrem Versuch nun öffneten die japanischen Forscher weit das Tor hin zur Regenerativen Medizin der Zukunft. So mancher Stammzellenforscher hofft, mit dem Verfahren des Tissue Engineerings nicht nur Netzhautzellen bei AMD zu ersetzen, sondern auch Gewebe aus Herzzellen zu züchten und somit Herzerkrankungen zu behandeln. Bisheriges Problem für den Einsatz von aus patienteneigenen Stammzellen gezüchteten Herzzellen war die für die Therapie benötigte Zellzahl. Für eine Behandlung brauchen die Spezialisten viele Millionen neuer Zellen, da beispielsweise bei einem Herzinfarkt geschätzte zwei Milliarden Herzzellen zu Grund gehen und ersetzt werden müssen. Die für die Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration benötigte Zellzahl ist dazu im Vergleich ein „Klacks“: Um ein Auge behandeln zu können, müssen lediglich rund 250.000 neue Zellen zur Verfügung gestellt werden.

 

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