Regenerative Forschung zu Diabetes: Anwendungsgebiete

Therapie mit Stammzellen

Stammzellen sind Hoffnungsträger der modernen Medizin. Sie besitzen einerseits eine hohe Selbsterneuerungsrate und andererseits die Fähigkeit, in beliebige Körperzellen differenzieren zu können. Daher werden Ansätze erforscht, mit Stammzellen erkranktes/defektes Gewebe der Bauchspeicheldrüse zu ersetzen. Damit stellen Stammzellen auch eine Alternative zu den limitierten Spenderorganen dar. Bei einer Therapie mit eigenen Stammzellen wird außerdem die Gefahr einer Abstoßungsreaktion deutlich gesenkt. Stammzelltherapien können jedoch andere Risiken mit sich bringen, v. a die Bildung von Tumoren und schädliche Wirkungen auf Nachkommen werden dabei diskutiert.

Stammzellen können auf verschiedene Arten gewonnen werden. Eine Möglichkeit sind sogenannte pluripotente humane embryonale Stammzellen. Sie werden aus undifferenzierten Zellen des Embryos in einem frühen Entwicklungsstadium gewonnen und anschließend in Zellkulturen nahezu unbegrenzt vermehrt. Auf dem Weg zu einer klinischen Anwendung sind allerdings noch viele rechtliche und ethische Hürden zu überwinden.

IN KÜRZE

Stammzellen könnten in Zukunft eine Alternative zu knappen Spenderorganen, wie der Bauchspeicheldrüse, sein.

Eine Stammzelltherapie könnte auch mit adulten (erwachsenen) Knochenmarkstammzellen möglich werden. Diese Vorläuferzellen bilden bestimmte Zelltypen als Ersatz für geschädigtes Gewebe. Im Vergleich zu embryonalen Stammzellen haben adulte Knochenmarkstammzellen eine geringere Teilungsrate und damit begrenzte Differenzierungsmöglichkeiten. Sie wandern in verletztes oder zerstörtes Gewebe ein und unterstützen dort die Wirkung des Immunsystems, regen die Blutgefäßbildung und das Zellwachstum an.
Eine weitere Möglichkeit sind sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Sie entstehen mittels künstlicher Reprogrammierung aus adulten gewebespezifischen Stammzellen, im Falle von Diabetes aus der Bauchspeicheldrüse, und ähneln funktionell den embryonalen Stammzellen. Auf diese iPS-Zellen setzen Wissenschaftler zurzeit große Hoffnung: Mit ihnen könnten sowohl die ethischen Probleme der humanen embryonalen Stammzellen umgangen als auch individuelle, maßgeschneiderte Therapien entwickelt werden. Für die Entdeckung, dass reife Zellen in embryonale Stammzellen zurückgewandelt werden können, wurde 2012 der Nobelpreis für Medizin verliehen.
Die aktuelle Stammzellforschung widmet sich intensiv den molekularen Schlüsselmechanismen, die Stammzellen zu gewebsspezifischen funktionellen Zellen reifen lassen. Ziel dabei ist es, Stammzellen zu einer solchen Reifung künstlich anzuregen, um Zellen als Gewebsersatz herzustellen oder verbliebene Zellen zu regenerieren.
Insgesamt ist das Potential zur Geweberegeneration durch Stammzellen aber bislang noch nicht gut verstanden. Immerhin verbessern sich im Diabetes-Mausmodell die Blutzuckerwerte der Tiere, wenn ihnen adulte Knochenmarkstammzellen injiziert werden. Schäden, zum Beispiel an Nerven und Niere, fallen nicht so gravierend aus wie das ansonsten der Fall wäre. Die Forschung hierzu ist aber noch in einem frühen Stadium.

Stammzellen, Betazellen, künstliche Bauchspeicheldrüse - Perspektiven regenerativer Diabetesforschung

In ihrem Vortrag beim 3. Patiententag des Diabetesinformationsdienstes am Helmholtz Zentrum München (Mai 2015) gibt Dr. Jantje Gerdes vom Helmholtz Zentrum München einen umfassenden Überblick zum aktuellen Stand der Regenerationsforschung bei Diabetes. Sie erläutert Formen und Möglichkeiten der Betazellgewinnung und -vermehrung aus Stammzellen, ihre Perspektiven für eine künstliche Bauchspeicheldrüse und die Rolle der Zilien in den Langerhansschen Inseln der Bauchspeicheldrüse.
(Vortragsdauer: 28,6 Minuten)

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Die Rolle des Immunsystems

Bei Typ-1-Diabetes werden die Insulin-produzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse von Antikörpern des Immunsystems (sogenannte Autoantikörper) zerstört. In verschiedenen Therapiestudien werden Ansätze erprobt, diese Immunreaktion aufzuhalten.


Stammzellen des Immunsystems
Aus dem Nabelschnurblut sowie alternativ aus dem Knochenmark lassen sich Stammzellen des Immunsystems gewinnen. Eine Behandlung mit diesen Zellen soll die Fehlreaktion des Immunsystems verhindern.

GUT ZU WISSEN

Körpereigenes Nabelschnurblut kann über Jahre tiefgefroren aufbewahrt werden, um gegebenenfalls bei einer Erkrankung im Erwachsenenalter als Stammzellquelle für eine Therapie zu dienen.

Nabelschnurblut für das Immunsystem

Eine weitere Fragestellung lässt Hoffnungen für einen Therapieansatz bei Typ-1-Diabetes aufkommen: Inwieweit kann eine Behandlung mit eigenem Nabelschnurblut die Toleranz des Immunsystems gegenüber den Betazellen erhöhen? Nabelschnurblut wurde bereits erfolgreich zur Behandlung von verschiedenen Krankheiten wie Krebserkrankungen und Immundefekten eingesetzt. Beim Diabetes ist der Behandlungsansatz noch neu, er soll die Blutzuckerkontrolle verbessern und die zerstörten Betazellen regenerieren.

GUT ZU WISSEN

Körperfremdes Nabelschnurblut aus einer Nabelschnurblutbank ist derzeit keine Alternative zum eigenen Nabelschnurblut, da es immunsuppressive Medikamente notwendig macht.

Klinische Studien mit Nabelschnurblut
Nabelschnurblut enthält neben Stammzellen auch regulatorische T-Zellen. Diese haben zwei Aufgaben: Sie versuchen die Immunantworten gegen die Betazellen zu regulieren und sollen verhindern, dass die neu gebildeten Zellen gleich wieder vom Immunsystem angegriffen werden. Das Potential von autologen Nabelschnurbluttransfusionen bei Autoimmunkrankheiten wird in verschiedenen klinischen Studien erforscht. In den USA erhielten bereits 24 neu an Diabetes erkrankte Kinder ihr eigenes Nabelschnurblut übertragen. Nach sechs Monaten zeigte sich, dass die Transfusion des Nabelschnurbluts die Anzahl der regulatorischen T-Zellen deutlich erhöht hat. Zudem waren sie auch nach sechs Monaten noch im Blut nachweisbar. In Deutschland sollen zehn Kinder an der Studie teilnehmen.

Wie wird Nabelschnurblut gewonnen?
Das Nabelschnurblut eines Neugeborenen wird auf Wunsch der Eltern direkt nach der Geburt durch einen Arzt oder die Hebamme völlig risiko- und schmerzfrei entnommen. Für die Entnahme erhalten die Eltern vorab von der privaten Nabelschnurbank ein Entnahmeset. Ein Kurier bringt das Nabelschnurblut dann umgehend zur privaten Nabelschnurblutbank, wo es gegen ein Entgelt aufbereitet, in flüssigem Stickstoff bei -196 °C eingefroren und für einen etwaigen späteren Einsatz gelagert wird.

Immunstammzellen aus dem Knochenmark

In einer weiteren Studie – unter Führung brasilianischer Wissenschaftler – wurden Patienten mit Typ-1-Diabetes Immun-Stammzellen aus dem Knochenmark entnommen. Dann erhielten sie starke Medikamente, die die Immunzellen im Körper abtöteten und anschließend wurden ihnen die Stammzellen wieder per Infusion verabreicht. Bei zwölf der 15 Teilnehmer konnte so die Immunzerstörung der Betazellen gestoppt werden, allerdings wurden auch Rückfälle berichtet. Die Immunsuppression durch die starken Medikamente birgt außerdem ein hohes Nebenwirkungsrisiko, insbesondere für schwere Infektionen und Störungen der Keimzellen.

Immunmodulation
Immunmodulatorische Ansätze versuchen in die Immunreaktion einzugreifen, indem bestimmte Zellrezeptoren oder bestimmte Botenstoffe blockiert werden. Dadurch wird die Zerstörung der Betazellen gestoppt und die Krankheit aufgehalten. Bislang sind die Methoden jedoch allesamt noch Gegenstand der Forschung und nicht für die klinische Behandlung verfügbar. Ein Grund dafür ist u.a., dass die Langzeitwirkungen der Immuntherapeutika noch nicht ausreichend erforscht sind.

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Informationen zum Inhalt

Quellen:

    • Borg, D. & Bonifacio, E.: The use of biomaterials in islet transplantation. In: Current Diab Rep., 2011, 11: 343-444
    • Engert S. et al.: Wnt/β-catenin signalling regulates Sox17 expression and is essential for organizer and endoderm formation in the mouse. In: Development, 2013, doi:10.1242/dev.088765
    • Gerdes, J. et al.: The vertebrate primary cilium in development, homeostasis, and disease. In: Cell, 2009, 137(1):32-45
    • Reimann, M. et al.: An update on preventive and regenerative therapies in diabetes mellitus. In: Pharmacol Ther, 2009, 121(3): 317-331 
    • Seufert, J. et al.: Mechanismen und Methoden der Regeneration und des Ersatzes von Insulin produzierenden Betazellen des endokrinen Pankreas bei Diabetes mellitus. In: Med. Welt, 2010, 61: 87-93
    • Schlüssel, E. et al.: Diabetes mellitus: Zelluläre Plastizität und Perspektiven für die regenerative Therapie.  In: forMED Exzellenzforschung in der Medizin – Diabetologie (2015 in Druck)
    • Soltani, N. et al.: GABA exerts protective and regenerative effects on islet beta cells and reverses diabetes. In: Proc Natl Acad Sci U S A, 2011, 108(28):11692-11697
    • Thorel, F. et al.: Conversion of adult pancreatic alpha-cells to beta-cells after extreme beta-cell loss. In: Nature, 2010, 22; 464(7292): 1149-1154
    • Vetter, C.: Diabetes mellitus: Stammzelltherapie darf nicht unkritisch angewendet werden. In: Deutsches Ärzteblatt, 2009, 106 (31-32)
    • Yu, J. et al.: Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. In: Science, 2007, 318(5858): 1917-1920
    • Voltarelli, JC et al.: Autologous nonmyeloablative hematopoietic stem cell transplantation in newly diagnosed type 1 diabetes mellitus. In : JAMA, 2007, 297: 1568-1576
    • Yi, P. et al.: Betatrophin: A Hormone that Controls Pancreatic Beta Cell Proliferation. In: Cell, 2013, 153 (4), 747-758
    • Der schwierige Weg zur Betazelle. In: Ärzte Zeitung, 16.07.2012

    Wissenschaftliche Beratung: Prof. Dr. Heiko Lickert


    Letzte Aktualisierung:

    16. März 2015

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