Pluripotente Stammzellen sind besonders geeignet, um spezialisierte Zelltypen für die Zellersatztherapie zu erzeugen. Denn sie können sich mit unbegrenzter Kapazität zu jedem Zelltyp des menschlichen Körpers differenzieren. Dazu zählen auch Betazellen für Patienten mit Diabetes. Aber dieser Prozess ist langwierig und komplex. Etwa 20 verschiedene Signalproteine und kleine Moleküle sind für die Regulierung des Wachstums und der Differenzierung der Zellen notwendig. Dabei dauert der Prozess länger als vier Wochen.
Außerdem ist es möglich, dass Zellen nicht unbedingt zu Betazellen differenzieren, was zu einer heterogenen Zellpopulation mit nicht vollständig funktionsfähigen Betazellen führen kann. Aus diesem Grund war es das Ziel der Forscher des Helmholtz Zentrums München, des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD), der Technischen Universität München (TUM) und Miltenyi Biotec, die Qualität der aus Stammzellen entstandenen Betazellen zu verbessern.
Antikörper CD177 für Betazellenersatztherapie
Durch ihren Ansatz sollten mehr Zellen zu Betazellen differieren. Dazu reicherten sie Stammzellkulturen mit hochspezialisierten Pankreasvorläuferzellen an. Diese Zellen seien bereits im ersten Schritt der Differenzierung (Endodermstadium) spezialisiert. Die Forscher mussten weiter der Frage nachgehen, ob das auch für die Differenzierung humaner pluripotenter Stammzellen gelte.
Sie identifizierten einen monoklonalen Antikörper (CD177), der kennzeichnend für eine Endoderm-Subpopulation ist, die effizient und homogen in spezialisierte Pankreasvorläuferzellen differenziert. Damit ist eine Qualitätskontrolle mit CD177 möglich, denn man könne früh erkennen, ob die Zellen die richtige Differenzierung einschlagen, so die Forscher. Die Bildung von spezialisierten Pankreasvorläuferzellen führe zu besser ausgebildeten Betazellen, die wiederum eine bessere Glukoseregulation und Insulinproduktion aufweisen.
Wichtiger Schritt zur Behandlung von Diabetes
Durch die Bereinigung von Zellkulturen durch CD177 verbessere sich sowohl die Homogenität und Qualität der erzeugten Betazellen als auch deren klinische Sicherheit. Denn pluripotente Stammzellen würden herausgefiltert. Dies ist ein wichtiger Schritt für die stammzellenbasierte Betazellenersatztherapie bei der Behandlung von Typ-1-Diabetes.
Außerdem könne das CD177-Protokoll dabei helfen, Krankheitsmodelle zu entwickeln, die die menschliche Bauchspeicheldrüse imitieren. Des Weiteren könne ein Differenzierungsprotokoll mit funktionellen Betazellen als Produkt interessant für das Testen neuer Wirkstoffe sein.
Literatur:
Mahaddalkar, Scheibner, et al. 2020: Generation of pancreatic β cells from CD177+ anterior definitive endoderm. Nature Biotechnology, DOI: 10.1038/s41587-020-0492-5.
Quelle: HelmholtzZentrum München
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