Neues Verfahren zur Bildung von Endothelzellen aus Stammzellen

Besonders effizient und kostengünstig soll das Verfahren sein, das Forschende aus Bonn entwickelt haben, um aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) funktionale Endothelzellen für In-vitro-Tests zu erzeugen.

In der Vergangenheit wurden bereits unterschiedliche Differenzierungsstrategien für hiPSCs zu Endothelzellen entwickelt. Einer der bisher effizientesten Ansätze basiert auf dem Einsatz unterschiedlicher Wachstumsfaktoren in Kombination mit einem Aufreinigungsschritt, um die erfolgreich generierten Endothelzellen anzureichern. Bei einer anderen Vorgehensweise werden gezielt Transkriptionsfaktoren aktiviert, um die Umwandlung von hiPSCs in Endothelzellen zu steuern. Kürzlich identifizierte ein internationales Forschungsteam um George Church von der Harvard Medical School in Boston (USA) und Prof. Volker Busskamp vom Universitätsklinikum Bonn (UKB) den Transkriptionsfaktor ETS variant transcription factor 2 (ETV2), als bedeutsamen Motor in diesem Prozess. Des Weiteren hat das Team die hiPSC-Zelllinie PGP1 ETV2 iso2 entwickelt, in welcher sich der Transkriptionsfaktor ETV2 durch die Zugabe von dem Antibiotikum Doxycyclin gezielt aktivieren lässt.

Schneller, kostengünstiger und reproduzierbarer Weg zu humanen Endothelzellen

Die Arbeitsgruppe von Dr. Sarah Rieck vom Institut für Physiologie I am UKB hat zusammen mit Kritika Sharma aus dem Team um Busskamp von der Augenklinik am UKB das Differenzierungsprotokoll für die PGP1-ETV2-iso2-Linie (ETV2-Protokoll) verbessert, sowie dieses mit der Strategie mittels Wachstumsfaktoren verglichen. Ihre Studienergebnisse veröffentlichten sie kürzlich im Fachjournal „Cardiovascular Research“.

„Wir konnten zeigen, dass das von uns verbesserte ETV2-Protokoll effizienter und kostengünstiger ist als das Protokoll mit Wachstumsfaktoren“, sagt Co-Korrespondenz- und Erstautorin Rieck, die auch an der Universität Bonn forscht. Das neue Protokoll liefert schneller Endothelzellen, benötigt weniger Zusätze für das Kulturmedium und kommt ohne einen zusätzlichen Aufreinigungsschritt aus. Des Weiteren ist das Verfahren gut reproduzierbar und kann problemlos auch auf andere hiPSC-Linien übertragen werden. Die entstandenen Zellen sind nicht mit anderen Zelltypen verunreinigt und auch über längere Kultivierungszeiträume stabil. Sie bilden für Endothelzellen charakteristische Proteine und zeigen auch typische funktionale Eigenschaften von Endothelzellen. Durch eine Modifikation des Differenzierungsprotokolls ist es außerdem möglich, bevorzugt Endothelzellen mit arteriellen oder venösen Merkmalen zu erhalten.

Zwar ähneln sie den Endothelzellen, die mit dem Wachstumsfaktor-Protokoll differenziert wurden, es gibt allerdings Hinweise darauf, dass die Endothelzellen des ETV2-Protokolls einen etwas höheren Reifegrad aufweisen. „Im Vergleich zu humanen Endothelzellen aus der Nabelvene sind beide Typen von hiPSC-abgeleiteten Endothelzellen aber als nicht voll ausgebildet einzustufen, was vermutlich auf fehlende äußere Einflüsse wie den nicht vorhandenen Blutfluss zurückzuführen ist“, sagt Co-Autor Busskamp, Leiter der Arbeitsgruppe „Neurodegenerative Netzhauterkrankungen“ am UKB und Mitglied im Exzellenzcluster ImmunoSensation2 und im Transdisziplinären Forschungsbereich (TRA) „Life & Health“ der Universität Bonn.

Vielseitig einsetzbar

Für die Zukunft gehen die Bonner Forschenden davon aus, dass die PGP1-ETV2-iso2-Linie und die daraus erzeugten Endothelzellen dazu genutzt werden, um Erkrankungen des menschlichen Blutgefäßsystems, an denen das Endothel beteiligt ist, in der Zellkulturschale zu modellieren und zu untersuchen. Diese wissenschaftliche Fragestellung wird von Rieck und Prof. Bernd Fleischmann im Projekt C01 im DFG-Sonderforschungsbereich Transregio (TRR) 259 „Aortenerkrankungen“ erforscht. Des Weiteren können die Endothelzellen in der Organoidforschung zum Einsatz kommen, um Organoide mit einem Gefäßsystem zu entwickeln. „Abgesehen davon interessiert es uns auch, welche Kultivierungsmethoden im Anschluss an die Differenzierung den ‘Reifegrad’ der Endothelzellen erhöhen, sodass sie vom Profil her eher erwachsenen, also adulten Endothelzellen entsprechen“, sagt Rieck.