Typ-1-Diabetes bei Mäusen durch Stammzellen geheilt

Neue Forschung verwendet eine innovative Technik, um menschliche Stammzellen in Insulin-produzierende Beta-Zellen viel effektiver zu konvertieren. Die erzeugten insulinproduzierenden Zellen haben Typ-1-Diabetes bei Mäusen „schnell geheilt“, und die Vorteile hielten 9 Monate lang an.

Im Jahr 2018 lebten 187.000 Kinder und Jugendliche in den Vereinigten Staaten mit Typ-1-Diabetes.

Weitere 1,4 Millionen Menschen im Alter von über 20 Jahren haben den Zustand und verwalten ihn mit Insulin, laut der gleichen Statistik der Centers for Disease Control and Prevention (CDC).

Bei Typ-1-Diabetes führt eine fehlerhafte Autoimmunreaktion dazu, dass das Immunsystem die Insulin produzierenden Betazellen in der Bauchspeicheldrüse angreift und zerstört.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass humane pluripotente Stammzellen (hPSCs) ein möglicher therapeutischer Weg für Typ-1-Diabetes sind.

Pluripotente Stammzellen sind aus therapeutischer Sicht eine attraktive Option für Forscher, da sie sich in Laborkulturen selbst erneuern und in eine Vielzahl von Zelltypen differenzieren können.

Forscher haben bereits hPSCs verwendet, um insulinproduzierende Betazellen zu erzeugen. Sie waren jedoch nicht in der Lage, dies effektiv genug zu tun, um Typ-1-Diabetes zu heilen.

Jeffrey R. Millman, Ph.D., Assistenzprofessor für Medizin und biomedizinische Technik an der Washington University School of Medicine in St. Louis, ist der leitende Forscher der neuen Studie, die diese bisherigen Hindernisse überwinden konnte.

Er erklärt die Herausforderungen, die den Fortschritt der Wissenschaftler bis jetzt aufgehalten haben. Er sagt: „Ein häufiges Problem, wenn man versucht, eine menschliche Stammzelle in eine Insulin-produzierende Betazelle zu verwandeln – oder ein Neuron oder eine Herzzelle – ist, dass man auch andere Zellen produziert, die man nicht haben will.“

„Im Fall der Betazellen erhalten wir vielleicht andere Arten von Pankreaszellen oder Leberzellen.“ Während die Implantation dieser unnötigen – oder „off-target“ – Zellen keinen Schaden verursacht, erklärt Millman weiter, dass die Erzeugung von mehr von ihnen die Anzahl der therapeutisch nützlichen Zellen aufhebt.

„Je mehr Off-Target-Zellen Sie bekommen, desto weniger therapeutisch relevante Zellen haben Sie“, sagt er.

„Man braucht etwa eine Milliarde Betazellen, um eine Person von Diabetes zu heilen. Aber wenn ein Viertel der Zellen, die man herstellt, tatsächlich Leberzellen oder andere Zellen der Bauchspeicheldrüse sind, braucht man statt einer Milliarde Zellen nur noch 1,25 Milliarden Zellen. Das macht die Heilung der Krankheit um 25 % schwieriger.“

Die neue Forschung verwendet jedoch eine innovative Technik, die dieses Problem umgeht. Die Ergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Natur Biotechnologie.

Eine hochmoderne Stammzelltechnik

Die neue Technik zielt auf das Zytoskelett – oder das innere „Gerüst“ – der hPSC, um ihre Differenzierung in Pankreaszellen zu steuern.

Das Zytoskelett ist eine Struktur, die den Zellen hilft, ihre Form zu behalten und die mechanische Unterstützung bietet, die es den Zellen ermöglicht, sich zu bewegen, zu teilen und zu vermehren.

Durch das Anvisieren dieser Struktur konnten die Forscher weniger irrelevante Zellen und besser funktionierende Betazellen schaffen, die bei der Kontrolle des Blutzuckers helfen.

Millman erklärt die Neuartigkeit des Ansatzes: „Es ist ein völlig anderer Ansatz, grundlegend anders in der Art, wie wir vorgehen.“

„Früher haben wir verschiedene Proteine und Faktoren identifiziert und sie auf die Zellen gestreut, um zu sehen, was passieren würde. Da wir die Signale besser verstanden haben, konnten wir diesen Prozess weniger zufällig gestalten.“

Stammzellen ‚heilten‘ schnell schweren Diabetes

Millman und Team transplantierten „inselgroße Aggregate“ von aus hPSC differenzierten Betazellen in Mäuse mit Typ-1-Diabetes.

Pankreasinseln sind Gruppen von Zellen, die sich in der Bauchspeicheldrüse befinden. Einige dieser Zellen sind Insulin-produzierende Betazellen.

Diese Transplantationsprozedur „kehrte den schweren, bereits bestehenden Diabetes bei Mäusen schnell um“, schreiben die Autoren in ihrer Arbeit. Das neue Stammzellprotokoll „kann vorbestehenden Diabetes in Mäusen schnell heilen“, betonen sie weiter.

Die Umkehrung erfolgte mit einer ähnlichen Geschwindigkeit wie bei menschlichen Inselzellen, und die normale Blutzuckerkontrolle wurde für mindestens 9 Monate aufrechterhalten.

„Wir waren in der Lage, mehr Betazellen herzustellen, und diese Zellen funktionierten besser in den Mäusen, von denen einige für mehr als ein Jahr geheilt blieben.“

– Jeffrey Millman

Der Studienleiter berichtet weiter von den hochsignifikanten Ergebnissen.

„Diese Mäuse hatten sehr schweren Diabetes mit Blutzuckerwerten von mehr als 500 Milligramm pro Deziliter Blut (mg/dL) – Werte, die für einen Menschen tödlich sein können – und als wir den Mäusen die Insulin-sezernierenden Zellen gaben, waren ihre Blutzuckerwerte innerhalb von 2 Wochen wieder normal und blieben es für viele Monate.“

Allerdings erklärt der Forscher auch, dass noch einige Schritte zu gehen sind, bevor die Forschung dem Menschen helfen kann.

Zunächst müssen die Forscher die Zellen in größeren Tieren testen und dann einen Weg finden, die neue Technik zu automatisieren, um die Milliarden von Zellen zu produzieren, die für die Millionen von Menschen benötigt werden, die an Typ-1-Diabetes leiden.