Der Zellersatztherapie bei Typ-1-Diabetes einen Schritt näher

Wissenschaftler haben die Signale identifiziert, die die Entwicklung unreifer Bauchspeicheldrüsenzellen bestimmen. Dies könnte den Weg ebnen, um aus Stammzellen Insulin produzierende Bauchspeicheldrüsenzellen herzustellen – ein wichtiger Ansatz zur Zellersatztherapie bei Typ-1-Diabetes.

Beim Typ-1-Diabetes werden die Insulin produzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse durch das körpereigene Immunsystem zerstört. Aktuelle Ansätze verfolgen das Ziel, diese mit Hilfe von Stammzellen zu ersetzen. Bisher fußt dieses Verfahren allerdings größtenteils auf empirisch gefundenen Substanzen, deren genaue Wirkungsweise oft unbekannt ist. „Uns ist es nun gelungen, die grundsätzlichen Signale herauszuarbeiten, die darüber entscheiden, ob eine Vorläuferzelle sich zu einer endokrinen oder zu einer Gerüstzelle entwickelt“, erklärte Prof. Henrik Semb. Er ist Direktor des Instituts für Translationale Stammzellforschung am Helmholtz Zentrum München und Professor am Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Biology (DanStem) an der Universität Kopenhagen.

“Wie in einem Flipperautomaten bewegen sich die Zellen im Pankreas hin und her, wodurch sich ihre Umgebung, die extrazelluläre Matrix, ständig verändert. So wie sich im Spiel die Punktzahl durch die Kontakte innerhalb des Automaten erhöht, verändert sich die Entwicklung der Zellen durch das Ausmaß ihrer Kontakte mit bestimmten Komponenten der extrazellulären Matrix“, erklärte Semb.

Einzelzellanalyse gibt entscheidenden Hinweis

Durch ihr dynamisches Verhalten innerhalb der Bauchspeicheldrüse sind die Vorläuferzellen jedoch schwierig zu studieren. Dieses Problem konnten die Wissenschaftler nun umgehen, indem sie die Situation experimentell nachbauten: Sie brachten aus Stammzellen erzeugte Vorläuferzellen einzeln auf Glasplättchen auf. Darauf aufgedruckt befanden sich verschiedene Proteine der extrazellulären Matrix.

„Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass durch den Kontakt mit unterschiedlichen Matrixproteinen sich die mechanischen Kräfte in den Vorläuferzellen verändern: Kontakt mit dem Protein Laminin verringerte die mechanische Spannung in den Vorläuferzellen und steuerte sie in Richtung endokriner Zellen.“ Umgekehrt führte Kontakt mit dem Protein Fibronektin zu einer höheren mechanischen Spannung und zur Bildung von Gerüstzellen, die kein Insulin produzieren.

Durch weitere detaillierte Untersuchungen konnte das Team um die beiden Erstautoren Dr. Anant Mamidi und Dr. Christy Prawiro die molekularen Hintergründe dieses Signalwegs entschlüsseln* und dessen Relevanz bereits in vivo überprüfen. „Wir können jetzt zahlreiche Substanzen aus bisherigen Protokollen zur Herstellung von Pankreaszellen beiseite lassen, bei denen nicht klar war, wie genau sie auf die Zellen wirken. Stattdessen setzen wir nun Moleküle ein, bei denen wir genau wissen, über welche spezifischen Komponenten des neu identifizierten Signalweges sie wirken“, erklärte Semb. „So können wir diesen Prozess im Labor nachbauen und versuchen, Insulin produzierende Betazellen nun kosteneffektiv und zuverlässig aus menschlichen Stammzellen herzustellen. Langfristig möchten wir so Zellen ersetzen, die durch Krankheiten wie Typ-1-Diabetes verloren gegangen sind.“

Originalpublikation:
Mamidi, A. & Prawiro, C. et al. (2018): Mechanosignalling via integrins directs fate decisions of pancreatic progenitors. Nature, 28. November 2018