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aus dem Bereich Regenerative Medizin

Die Zukunft der menschlichen Heilung liegt im Gehirn eines Seesterns

 

Die unglaublichen Vorteile der Stammzelltherapie sind seit Jahrzehnten weithin bekannt. Es kann die Schmerzen bei Arthritis lindern und den Patienten helfen, nach der Operation exponentiell schneller zu heilen. Stammzelltherapien sind jedoch unerschwinglich teuer - im Wert von 100.000 bis 200.000 US-Dollar pro Patient. Aufgrund der enormen Kosten sind diese lebensverändernden Behandlungen für die allermeisten Menschen, die sie benötigen, unerschwinglich. Dank der Chemieingenieurprofessoren Kris Noel Dahl und Veronica Hinman, Leiterin der Abteilung Biowissenschaften der CMU, wird die Stammzelltherapie jedoch deutlich billiger. Und der Schlüssel dazu liegt in der unglaublichen Regenerationskraft der Seesterne

Stammzellen sind das Rohmaterial des Körpers und können zu jeder Art von Zelle werden, die der Körper benötigt: Muskelzellen, Hautzellen, Blutzellen und mehr. Wenn Stammzellen beim Menschen in diese anderen Zellen differenzieren, können sie sich nicht zurückverändern oder differenzieren. Und sie können definitiv nicht zu einer anderen Art von Zelle werden. Dies ist jedoch bei Seesternen nicht der Fall. Insbesondere wenn ein Seestern einen seiner Arme verliert, kann er ihn trotzdem nachwachsen lassen. Dies liegt an den einzigartigen Zellen der Seesterne, die sich von Haut- oder Muskelzellen in Stammzellen zurückentwickeln können. Während diese Regenerationsfähigkeit an sich unglaublich ist, hat Hinmans vorläufige Forschung eine noch unglaublichere Fähigkeit gezeigt.

"Im Larvenstadium haben Seesterne einen charakteristischen Kopf, der ihr Gehirn enthält", sagt Dahl. "Wenn der Kopf entfernt oder beschädigt wird, werden die differenzierten Zellen, die definitiv keine neuralen Zellen sind, de-differenziert, kriechen in die Kopfregion und wachsen in Neuronen nach. Um dies nicht nur im Larven-Zustand zu tun, sondern um etwas wie nachzuwachsen." Komplex wie ein Gehirn - das ist eine erstaunliche Regenerationsfähigkeit. "

Mit Unterstützung der DSF Charitable Foundation arbeiten Hinman und Dahl daran, herauszufinden, was in den Seesternen ihre Zellen dazu veranlasst, dies zu tun. Während Hinman sich auf die Grundlagenforschung konzentriert, beschäftigt sich Dahls Labor mit der Struktur der Zellen, dem Zellkriechen und der Biomechanik der Zellregeneration.

"Während die regenerative Medizin großartig ist, fehlt es immer noch an Verständnis für die Grundlagen, die bestimmen, wie Zellen sich selbst wieder spezifizieren", sagt Dahl. "Die Hoffnung ist, dass wir durch die Untersuchung eines Modellorganismus wie des Seesterns und die Kombination des Gelernten mit unserem Wissen über menschliche Stammzellen mithilfe der vergleichenden Genomik die Genexpression verstehen können, die es Seestern ermöglicht, ihre Programmierung zu ändern."

Während die regenerative Medizin großartig ist, fehlt es immer noch an Verständnis für die Grundlagen, die bestimmen, wie Zellen sich selbst wieder spezifizieren", sagt Dahl. "Die Hoffnung ist, dass wir durch die Untersuchung eines Modellorganismus wie des Seesterns und die Kombination des Gelernten mit unserem Wissen über menschliche Stammzellen mithilfe der vergleichenden Genomik die Genexpression verstehen können, die es Seestern ermöglicht, ihre Programmierung neu zu spezifizieren."

Zu diesem Zweck erstellt Dahl ein künstliches Modell des Larvensystems der Seesterne, um die Zellen abzubilden, während sie zu ihrem neuen Ziel kriechen. Mit diesem künstlichen Modell können Dahl und ihr Team die im Seesternembryo vorhandenen chemischen und mechanischen Faktoren manipulieren, indem sie sie einzeln blockieren, bis sie genau das finden, was die Zellen dazu veranlasst, sich wieder in Stammzellen zu differenzieren und zu kriechen bis in die Hirnregion und werden zu neuronalem Gewebe. Sobald dieser Faktor isoliert wurde, besteht das Ziel darin, ihn auf menschliche Zellen anwenden zu können, um diese Zellen zu veranlassen, sich zu differenzieren, damit sie zu dem werden, was der Patient benötigt.

Gegenwärtige Therapien erfordern, dass Stammzellen von einem Patienten geerntet und dann im Laufe der Tage kultiviert werden, damit genügend Stammzellen zurück in den Patienten injiziert werden können, um die Heilung zu beschleunigen. Mit dieser Methode könnten Zellen aus jedem Körperteil entnommen, wieder in Stammzellen zerlegt und dann in therapeutische Zellen umgewandelt werden. Dies könnte die Vorbereitung der Stammzelltherapie beschleunigen, vereinfachen und vor allem verbilligen.

"Wenn Sie die Stammzelltherapie von 200.000 USD auf 1.000 USD reduzieren könnten, würde dies fast das Leben jedes Menschen berühren", sagt Dahl. "Chirurgen könnten bei jeder größeren oder kleineren Operation eine Stammzellinjektion einschließen, die den Patienten dabei hilft, 100-mal schneller zu heilen. Es ist eine schnelle Heilung; es verringert die Narbenbildung. Dies könnte wie Penicillin sein. Ich sehe, dass es in den nächsten zehn Jahren zum Standard der Versorgung wird."

 

 

 

 

 

Meinung Unternehmensberatung Roland Berger

 

Mittwoch, 4. Oktober 2017 - Zitat "Ärzteblatt"

 

München –

Der Markt für regenerative Medizin wird im kommenden Jahrzehnt rapide wachsen. Laut einer Studie der Unternehmensberatung Roland Berger wird der weltweite Umsatz in diesem Bereich bis 2025 von derzeit von 20 Milliarden auf 130 Milliarden Euro steigen. Nach Einschätzung der Auguren werden die innovativen Therapien zudem die Gesundheitsbranche stark verändern.

Regenerative Medizin verspricht neue therapeutische Möglichkeiten für Krankheiten wie Krebs, genetische Anomalien oder Autoimmunerkrankungen. So erlaubt es etwa die Stammzelltherapie, geschädigtes Körpergewebe zu erneuern, bis hin zum Ersatz gesamter Organe. Damit verschiebt sich der Fokus: von der Behandlung hin zur Heilung bestimmter Krankheiten. „Etabliert sich die regenerative Medizin in den kommenden Jahren, wird sie deshalb vor allem den Arzneimittelmarkt verändern", betonte Roland Berger-Partner Thilo Kaltenbach.

 

Pharmaindustrie engagiert sich bislang wenig

Er sieht damit die Pharmaindustrie vor einer großen Herausforderung. Denn derzeit engagieren sich internationale Pharmakonzerne erst wenig im Feld der regenerativen Medizin: Mehr als 80 Prozent der Stammzell- und Gentherapien, die derzeit klinisch getestet werden, sind in der Hand von Biotech-Firmen. „Pharmaunternehmen riskieren damit nicht nur, Erträge an die neuen Therapien zu verlieren, sondern auch, auf dem neuen Geschäftsfeld gar nicht dabei zu sein", warnte Kaltenbach.

 

Maßgeschneiderte Theapien

Deshalb müsse sich die Pharmaindustrie zügig neu aufstellen: „Das heutige Big Pharma-Geschäftsmodell mit seinen großindustriell ausgelegten Produktions- und Wertschöpfungsketten passt nicht zu den neuen Therapien", sagte Kaltenbach. Denn regenerative Behandlungsmethoden werden für den einzelnen Patienten maßge­schneidert und vor Ort in der Klinik angewendet. Damit bleibe ein großer Teil der Wertschöpfung bei behandelnden Ärzten, zuliefernden Labors und anderen Beteiligten.

„Diese Entwicklung zwingt die Pharmaindustrie, ihre gesamte Organisation unter die Lupe nehmen“, so die Studie. Unternehmen sollten deshalb verstärkt auf auf Partner­schaften mit Biotech-Firmen und klinischen Forschungsgruppen sowie Innovation setzen.

 

© hil/sb/aerzteblatt.de


Hochpotente Stammzellen erzeugt

Embryonale Stammzellen mit besonders großem Entwicklungspotenzial

Vielseitige Alleskönner: Forscher haben erstmals einen besonders vielseitigen Stammzellentyp aus Schweine- und Menschenzellen gewonnen. Das Besondere dieser speziellen embryonalen Stammzellen: Sie entsprechen dem ganz frühen Stadium der befruchteten Eizelle und verfügen daher über ein sehr großes Entwicklungspotenzial. Damit könnten sie neue Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung eröffnen, wie das Team berichtet.

 

 

 

Während der Embryonalentwicklung müssen sich viele Zellen bilden, die im Körper später ganz unterschiedliche Funktionen übernehmen. All diese Zellen gehen aus Stammzellen hervor, den zellulären Alleskönnern des frühen Embryos. Sie können sich noch in jeden beliebigen Zelltyp entwickeln – Experten sprechen von Pluripotenz. Diese Eigenschaft macht die Stammzellen auch für die Forschung interessant: zum Beispiel im Bereich der regenerativen Medizin.

 

Prinzipiell können Wissenschaftler embryonale Stammzellen gewinnen, indem sie die frühen pluripotenten Stammzellen aus der inneren Zellmasse einer Blastozyste entnehmen und in Kultur bringen. Trotzdem sind diese künstlich gezüchteten Zellen nicht immer so entwicklungsfähig wie im ganz frühen Embryo. „Menschliche embryonale Stammzellen entsprechen meist einem späteren Entwicklungsstadium und somit einem anderen Pluripotenz-Stadium“, erklären Forscher um Xuefei Gao von der Universität Hongkong.

 

 

 

Besonders entwicklungsfähig

 

 

Nur bei Mäusen war es Wissenschaftlern bisher gelungen, embryonale Stammzellen mit einem besonders großen Entwicklungspotenzial (EPSC) zu kultivieren. Doch das hat sich nun geändert: Das Forscherteam um Gao hat Ähnliches erstmals auch mit Zellen von Schweinen und Menschen geschafft.

 

Für ihre Studie untersuchten die Forscher die unterschiedlichen Entwicklungsstadien von Stammzellen und welche molekularen Mechanismen diesen zugrunde liegen. Auf diesem Weg identifizierten sie Möglichkeiten, die Differenzierung der Stammzellen biochemisch zu beeinflussen. So gelang es ihnen, einen besonders vielseitigen Typ embryonaler Zellen zu erzeugen und unter Laborbedingungen zu vermehren.

 

 

 

Gezielte Umprogrammierung

 

 

„Die von uns gewonnenen EPSC sind etwas ganz Besonderes, denn sie haben ein größeres Entwicklungspotenzial als normale embryonale Stammzellen“, sagt Mitautor Heiner Niemann vom Friedrich-Loeffler-Institut in Neustadt. „Sie können sich nicht nur zu allen Zelltypen entwickeln, sondern auch extraembryonales Gewebe bilden, das den Embryo umhüllt und später wesentliche Teile der Plazenta bildet – den Trophoblasten.“ Diese Fähigkeit besäßen sonst nur befruchtete Eizellen vor der eigentlichen Zellteilung und einzelne Blastomere ganz zu Anfang der Entwicklung.

 

Wie die Forscher berichten, klappte die Umprogrammierung zum frühen pluripotenten Stadium sowohl bei Schweinezellen als auch bei menschlichen embryonalen Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen. Dass solche Zellen nun nicht mehr nur mithilfe von Mäusen hergestellt werden können, ist nach Ansicht des Teams ein wichtiger Schritt – vor allem die Schweinezellen bieten demnach ideale Voraussetzungen für die biomedizinische Forschung.

 

 

 

Forschung ohne Embryonen?

 

 

„Das Schwein ist ein zunehmend bedeutsames Modell“, erklärt Niemann. Der Grund: Die Tiere sind uns Menschen in vielen Punkten sehr ähnlich, so sind zum Beispiel ihre Organe in etwa gleich groß. Zudem lassen sich Schweinezellen den Forschern zufolge einfacher genetisch verändern als menschliche, weil die Methoden dafür besser etabliert sind als im Humanbereich. „Aus Schweinezellen lässt sich möglicherweise universell verfügbares und verträgliches Gewebe erstellen, das in einer Zellbank eingelagert werden kann“, meint Niemann.

 

Und noch etwas könnte mit dem Verfahren möglich werden: Angesichts ihres größeren Entwicklungspotenzials können sich die neuen Stammzellen unter den richtigen Bedingungen möglicherweise zu vollständigen Blastozysten entwickeln, wie die Wissenschaftler spekulieren. Damit gäbe es eine Möglichkeit, die frühen Stadien der menschlichen Entwicklung zu erforschen – ohne Embryonen nutzen zu müssen.

 

Bis es soweit ist, müssen die Ergebnisse jedoch zunächst von anderen Forschergruppen bestätigt werden. „Wir stellen unsere Arbeit der wissenschaftlichen Community zur Verfügung, damit sie überprüft werden kann, um zu beweisen, dass die Daten solide sind“, schließt Niemann. (Nature Cell Biology, 2019; doi: 10.1038/s41556-019-0333-2)

 

 

Quelle: Medizinische Hochschule Hannover