Die verbesserte Neuronen-Fabrik

Seit ihrer Ent­de­ckung im Jahr 2006 bie­ten indu­zier­te, pluri­po­ten­te Stamm­zel­len einen Hoff­nungs­schim­mer für vie­le Krank­hei­ten. Einen effi­zi­en­ten Weg, gezielt Neu­ro­nen aus pluri­po­ten­ten Stamm­zel­len her­zu­stel­len, haben nun For­scher um David Vil­chez vom Exzel­lenz­clus­ter CECAD/Köln beschrie­ben.

Als Ursprung aller viel­zel­li­gen Orga­nis­men haben pluri­po­ten­te Stamm­zel­len die Fähig­keit, sich in alle Zell­ty­pen des Kör­pers zu dif­fe­ren­zie­ren. Sie kön­nen sich in Kul­tur unbe­grenzt repli­zie­ren und gel­ten daher als unsterb­lich.

Der Gold­stan­dard der Pluri­po­tenz sind embryo­na­le Stamm­zel­len (ESC). Kör­per­zel­len, wie zum Bei­spiel Haut­zel­len, kön­nen umpro­gram­miert wer­den und zei­gen als indu­zier­te, pluri­po­ten­te Stamm­zel­len (iPSC) ähn­li­che Eigen­schaf­ten wie die ESC. Daher haben pluri­po­ten­te Stamm­zel­len ein gro­ßes Poten­zi­al für die rege­ne­ra­ti­ve Medi­zin als Quel­le für gesun­de, dif­fe­ren­zier­te Zel­len, zum Bei­spiel Neu­ro­nen. Dar­über hin­aus bie­ten die­se Zel­len eine gute Mög­lich­keit, die mensch­li­che Ent­wick­lung zu ver­ste­hen und Krank­hei­ten der rele­van­ten Zel­len (Neu­ro­nen) zu unter­su­chen, die an Lei­den wie Alz­hei­mer, Hun­ting­ton oder Par­kin­son betei­ligt sind.

Die bis­her bekann­ten Metho­den, um Neu­ro­nen aus Stamm­zel­len her­zu­stel­len, waren teu­er und pro­du­zier­ten einen Mix unter­schied­li­cher neu­ro­na­ler und ande­rer Zell­ty­pen. Durch das Aus­schal­ten eines ein­zi­gen Gens gelang es dem Team um David Vil­chez, mit nahe­zu 100-pro­zen­ti­ger Effi­zi­enz, Neu­ro­nen zu pro­du­zie­ren: „Durch das Still­le­gen eines Pro­te­ins mit der Gen­tech­nik-Metho­de CRSPR begin­nen die Zel­len spon­tan, sich in Neu­ro­nen zu ver­wan­deln! Das ist ein her­vor­ra­gen­der und viel schnel­le­rer Weg, um die Neu­ro­ge­ne­se, die Bil­dung von Ner­ven­zel­len, zu ver­bes­sern” sag­te Vil­chez.

Unter natür­li­chen Bedin­gun­gen ist das Pro­te­in CSDE1 dafür zustän­dig, die Dif­fe­ren­zie­rung zu ver­hin­dern und den pluri­po­ten­ten Sta­tus zu bewah­ren. „Unse­re Ent­de­ckung könn­te ein sehr mäch­ti­ger Mecha­nis­mus sein, um rei­ne Popu­la­tio­nen von Neu­ro­nen her­zu­stel­len und neu­ro­de­ge­ne­ra­ti­ve Erkran­kun­gen bes­ser zu ver­ste­hen,“ so der For­scher.

Hyun Ju Lee, Erst­au­to­rin der Stu­die, freu­te sich beson­ders über die schnel­len Ver­än­de­run­gen in ihren Ver­su­chen: „Wir könn­ten die Ver­än­de­run­gen visua­li­sie­ren und wirk­lich dabei zuschau­en – die Dif­fe­ren­zie­rung geht sehr schnell vor­an. Wir haben auch meh­re­re Stamm­zell­li­ni­en von ver­schie­de­nen Spen­dern und pluri­po­ten­te Stamm­zel­len getes­tet und die glei­chen Ergeb­nis­se erzielt.” Für die Stu­die ver­wen­de­ten die For­scher huma­ne embryo­na­le Stamm­zel­len, indu­zier­te pluri­po­ten­te Stamm­zel­len und Stamm­zel­len der Maus.

Durch die Ver­wen­dung des neu­en Ansat­zes wäre es mög­lich, Neu­ro­nen aus Pro­ben ver­schie­de­ner Pati­en­ten zu erzeu­gen, die zugrun­de­lie­gen­den Krank­hei­ten zu unter­su­chen oder Medi­ka­men­te dar­an zu tes­ten. Obwohl die­se Ergeb­nis­se ein wei­te­rer Schritt zur kli­ni­schen Anwen­dung sind, sei es noch ein wei­ter Weg, sag­te Vil­chez: „Neue Neu­ro­nen aus der Petri­scha­le könn­ten wich­tig sein, um Krank­hei­ten wie Par­kin­son, Alz­hei­mer oder Hun­ting­ton zu unter­su­chen, aber wir sind immer noch am Aus­gangs­punkt die­ser span­nen­den For­schung.”

Die For­schungs­ar­beit war eine Koope­ra­ti­on zwi­schen CECAD, dem Zen­trum für Mole­ku­la­re Medi­zin Köln und dem Uni­ver­si­täts­kli­ni­kum Köln.

Quelle
Universität zu Köln
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