Rustam Gilfanov: Stammzellen, was die Wissenschaft weiß und erwartet
Rustam Gilfanov: Stammzellen, was die Wissenschaft weiß und erwartet
Anonim

Stammzellen sind natürlich kein Allheilmittel: aber was kann die Wissenschaft tun, um sie diesem Ideal näher zu bringen?

Vor genau 40 Jahren veröffentlichte der spätere Nobelpreisträger Martin Evans seine Studie über Stammzellen von Mausembryonen und deren medizinisches Potenzial [1]. Seine Forschung revolutionierte die Biomedizin, da sie sich die Zukunft vorstellte, in der jedes beschädigte Gewebe durch ein neues ersetzt werden könnte, das in vitro aus den Zellen des Patienten gezüchtet wurde.

Was hat sich seit 1981 geändert? Nähern wir uns den Zeiten, in denen Regeneration und künstliche Organe Realität werden? Oder haben sich die Forschungstendenzen geändert, da die Regeneration aus der Mode gekommen ist? Hier werde ich versuchen, einige wichtige Trends zu skizzieren.

Was macht Stammzellen noch einmal so wichtig?

Es gibt zwei Arten von Stammzellen: embryonale und Gewebezellen.

Die embryonalen können sich in jeden anderen Zelltyp verwandeln. Ein Fötus besteht in den Tagen 3-5 der Schwangerschaft aus genau diesen Zellen. Und wenn sie in einer speziellen Umgebung aufbewahrt werden, können sie sich fast unendlich teilen, während sie unverändert bleiben.

Eine kleine Anzahl von Gewebestammzellen findet sich in den Organen erwachsener Menschen. Sie helfen, beschädigtes Gewebe wiederherzustellen und können sich nur in einen bestimmten Zelltyp verwandeln. Schließlich haben Wissenschaftler gelernt, Analoga der embryonalen Zellen daraus zu machen, die zum Züchten verschiedener Gewebetypen verwendet werden können. Seit Martin Evans werden sie pluripotente Stammzellen genannt.

Die Entdeckung dieser beiden Zelltypen führte zur rasanten Entwicklung der regenerativen Medizin. Zu den möglichen Pathologien gehören Schlaganfälle, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes, Parkinson und Alzheimer, ALS, Osteoarthritis, schwere Verbrennungen und sogar verschiedene onkologische Erkrankungen. Wir müssen jedoch zugeben, dass die Regenerative Medizin ab 2021 nicht mehr in der Lage war, solch hervorragende Ergebnisse zu erzielen.

Wo waren Stammzellen wirklich nützlich?

1998 wurde die Technologie entdeckt, die es erlaubt, embryonale Stammzellen aus dem Organismus zu „trennen“und in vitro zu züchten, also buchstäblich in Gewebe jeglicher Art umzuwandeln [2]. So wanderte die regenerative Medizin von der Theorie in die Praxis, als es möglich wurde, unter Laborbedingungen mit Stammzellen zu arbeiten.

Stammzellen tragen bereits zur Wissenschaft bei – nicht direkt als Therapiemethode, sondern implizit als Möglichkeit, verschiedene wichtige Aspekte zu untersuchen. Indem sie beispielsweise beobachten, wie sie sich zu Knochen-, Nerven- oder anderen Zellen entwickeln, können Mediziner und Wissenschaftler besser verstehen, wie Erbkrankheiten fortschreiten.

Außerdem verwenden Pharmakologen Stammzellen, um neue Medikamente zu testen. Damit Studien am Menschen beginnen können, muss sich ein Medikament als sicher erwiesen haben. Dazu werden Gewebe verwendet, die aus Stammzellen gewonnen wurden: So ist es beispielsweise jetzt möglich, Nervenzellen zu züchten, um ein neues Medikament gegen neurologische Erkrankungen zu testen. Solche Tests können positive oder nachteilige Auswirkungen im Voraus aufdecken und theoretisch randomisierte kontrollierte Studien beschleunigen, indem sie langwierige und aufwändige rechtliche Verfahren vermeiden helfen. Diese Methode bleibt jedoch teurer als die traditionelle, wenn auch langsame Registrierung von Kandidaten.

Warum sind Stammzellen immer noch kein Ding?

Trotz herausragender Forschungsergebnisse wenden Mediziner nur eine Methode der Stammzelltherapie aktiv an - Knochenmarktransplantationen zur Behandlung von Blutkrebs.

Viele Einschränkungen verhindern Durchbrüche in der regenerativen Medizin. Eine davon ist die Unvorhersehbarkeit: Die Forscher müssen sicher sein, dass sich Stammzellen in das Gewebe verwandeln, das sie gewinnen wollen. Außerdem müssen Mediziner lernen, die Entwicklung und Vermehrung von Stammzellen zu regulieren, um eine unkontrollierte Zellteilung zu verhindern, die bösartige Tumore verursacht.

Außerdem kann das Immunsystem embryonale Stammzellen angreifen und sie mit Eindringlingen verwechseln, während der modernen Medizin Instrumente zur Anpassung dieser Immunantwort fehlen. Die Folgen davon können wir während der COVID-19-Pandemie in Echtzeit sehen, wobei Tausende von Menschen an der aggressiven und ungezügelten Immunantwort sterben, nicht an den direkten Auswirkungen von SARS-CoV-2.

Es muss auch berücksichtigt werden, dass aktuelle Technologien viele Nebenwirkungen aufweisen. Patienten mit Multipler Sklerose, die eine Stammzelltherapie erhielten, litten an niedrigen Thrombozyten- und weißen Blutkörperchen, Infektionen und toxischen Leberschäden [3].

Ein weiteres Problem ist die Kosten dieses Verfahrens. Eine Sitzung der oben aufgeführten MS-Behandlung kostete 40.000 Pfund.

Schließlich gibt es noch eine weitere Einschränkung, die noch nicht überwunden werden kann und mit technologischen und ethischen Fragen zusammenhängt. Der revolutionäre Bericht von 1998, den ich bereits erwähnt habe, besagte, dass der Embryo, der den Forschern Stammzellen „geliehen“hatte, zerstört wurde. Aus humanistischer Sicht bewegen wir uns auf dem schmalen Grat zwischen „ein potentielles Lebewesen für ein bereits existierendes töten“und „einfach mit Zellen manipulieren“.

2006 bot der japanische Forscher Shinya Yamanaka eine Lösung für dieses Dilemma: Er entwickelte die sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC), de facto ein Analogon zu embryonalen Zellen, das auf somatischen Zellen erwachsener Personen basiert. In diesem Fall muss kein Embryo zerstört werden; Für diese Leistung wurde Professor Yamanaka zu Recht der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin verliehen. Trotzdem löste diese Methode zwar ein Problem, verursachte jedoch tatsächlich ein neues.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass iPSCs ein hohes Potenzial haben, Tumore zu verursachen – und das Risiko einer Malignität ist zu groß, um diese Zellen für therapeutische Zwecke einzusetzen.

Somit ist die einzige uns derzeit zur Verfügung stehende moralisch vertretbare Methode zur Verwendung embryonaler Stammzellen die Verwendung von Zellen von Mausembryonen – diese Technologie ist erprobt und relativ gut entwickelt, wenn auch recht teuer [4].

Was sind die Erfolge der Stammzelltherapie?

Wir müssen zugeben, dass die Reproduktionsmedizin 40 Jahre nach der Entdeckung von Martin Evans und 23 Jahre nach den ersten erfolgreichen In-vitro-Stammzellmanipulationen noch in den Kinderschuhen steckt. Es gibt viele Forschungsprogramme, aber nur wenige Technologien haben es in die „Massenproduktion“geschafft. Doch selbst diese Zwischenergebnisse erscheinen erstaunlich.

So versuchte 2016 beispielsweise ein Team von Wissenschaftlern aus Griechenland und Großbritannien, Muskelgewebe von Infarktpatienten durch Transplantation von im Labor gezüchteten Myokardzellen zu regenerieren [5]. Als Ergebnis wurde die Herzkallosität um 40% reduziert. Zuvor galten solche Schäden als nicht behandelbar. An der Studie nahmen jedoch nur 11 Personen teil, und diese Zahl ist zu gering, um konkrete Schlussfolgerungen zu ziehen.

Wissenschaftler verbessern nach und nach die von ihnen eingesetzten Technologien. Hier ist ein Beispiel. Das Immunsystem kann das Stammzelltransplantat angreifen und es mit einem Fremdkörper verwechseln. Deshalb arbeiten Mediziner daran, Zellen zu kultivieren, die keine Immunantwort auslösen. Im Jahr 2020 fanden Forscher des Karolinska Institutet und des St. Eric Eye Hospital (Schweden) einen Weg, die Produktion von Netzhautzellen aus embryonalen Stammzellen zur Behandlung von Blindheit bei älteren Patienten zu verbessern [6]. Sie haben es geschafft, die Zellen so zu verändern, dass sie sich vor dem Immunsystem verstecken können, anstatt von diesem zerstört zu werden.

Eine weitere vielversprechende Technologie sind bereits im Körper vorhandene Stammzellen. Während eines von Forschern der University of Illinois durchgeführten Experiments wurden Nanopartikel mit Molekülen, die die Stammzellaktivität stimulieren, in geschädigte Muskeln von Ratten eingebracht [7]. Infolgedessen erholten sich die Muskeln schneller und die Tiere konnten im Vergleich zur herkömmlichen Behandlung längere Strecken zurücklegen.

Auch eigenständige Fälle waren ein großer Erfolg. 2019 transplantierten japanische Mediziner zum ersten Mal in der Geschichte Hepatozyten, die aus menschlichen embryonalen Stammzellen gezüchtet wurden, auf ein sechs Tage altes Baby: Die Leber des Kindes hatte nicht das Enzym, das stickstoffhaltige Abbauprodukte in Harnstoff umwandelt. Damit wurde eine seltene angeborene Erkrankung blockiert [8]. Wissenschaftler glauben, dass die Stammzell-Hepatozytentransplantation, deren Wirksamkeit und Sicherheit in diesem Fall getestet wurde, in Zukunft nicht nur zur Behandlung von angeborenen Harnstoffzyklusstörungen, sondern auch zur Unterstützung von Patienten eingesetzt werden kann, die auf einen Leberspender warten müssen.

Ein Jahr zuvor, im Jahr 2018, züchteten die Wissenschaftler de facto ein menschliches Herz aus iPSCs. Sie kultivierten ein kontrahierendes Myokardgewebe, dessen Eigenschaften (Genexpression, Struktur usw.) mit dem funktionierenden Herzgewebe eines Erwachsenen identisch sind [9]. Obwohl es unmöglich ist, dieses „künstliche Herz“einem Patienten zu verpflanzen, erwies sich das Experiment als nützlich, um neue Medikamente zu testen.

Im Jahr 2020 erhielten 13 Patienten mit Rückenmarksverletzungen eine experimentelle Therapie mit Stammzellen. Aufgrund der Verletzungen litten sie an neurologischen Symptomen wie Verlust der Motorik und Körperempfindlichkeit, Darm- und Blasenfunktionsstörungen usw. Alle Patienten erhielten intravenös mehrere Dosen mesenchymaler Stammzellen (multipotente Zellen, die sich in verschiedene Zelltypen einschließlich Neuronen umwandeln können).) aus dem eigenen Mark gezüchtet. 12 von 13 Teilnehmern zeigten in den folgenden sechs Monaten eine signifikante Verbesserung – und diese Ergebnisse sind äußerst ermutigend [10].

Von schwedischen Forschern durchgeführte Experimente an Ratten führten zu einem noch beeindruckenderen Ergebnis: Die Wissenschaftler erreichten die Wiederherstellung der Neuronen von Tieren nach einem Schlaganfall mithilfe von iPSCs. Dafür haben sie menschliche Hautzellen umprogrammiert und die synthetisierten Neuronen schnell an das neuronale System angepasst. Sechs Monate nach der Transplantation sind alle Anzeichen einer Hirnschädigung durch den Schlaganfall verschwunden und die Ratten haben ihre motorischen Funktionen und ihre Berührungsempfindlichkeit wiedererlangt [11]. Die Auswirkungen auf die „Persönlichkeit“der Testpersonen können jedoch nicht abgeschätzt werden – dies kann zu einem großen Hindernis für die Durchführung solcher potenzieller „Transplantationen“beim Menschen werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass fast jede Woche ein neuer Artikel über erfolgreiche Stammzellforschung in wissenschaftlichen Zeitschriften zu finden ist. Doch all diese Experimente bringen uns keinem Sieg über eine schwere Krankheit näher oder beweisen zumindest, dass die regenerative Medizin ein neues Level erreicht. Was ist denn los?

Vor welchen Herausforderungen steht die regenerative Medizin?

1. Der Stammzellmarkt erreichte im Jahr 2020 14,7 Milliarden Dollar und soll bis 2026 auf 26,4 Milliarden anwachsen. Mit anderen Worten, er soll sich in den nächsten fünf Jahren verdoppeln. Dies ist eine sehr günstige Prognose und Investoren stocken Aktien von Stammzellforschungsunternehmen auf, steigern deren Wert und erweitern den Markt.

Verstehst du was ich meine? Der Glaube an Stammzellen und ihre Fähigkeit, fast jedes medizinische Problem zu lösen, hat diesen Markt in eine Blase verwandelt, die jeden Moment platzen kann und diese exorbitanten Investitionen zunichte macht. Schlimmer noch, diese Krise wird die laufende medizinische Forschung unterbrechen und möglicherweise The One blockieren, die uns eine wirklich effektive und skalierbare Technologie zur Behandlung von Krebs oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen geben könnte.

Marktteilnehmer, Investoren und Stammzellforscher selbst sollten ihre Erwartungen senken, damit die Blase nicht mehr allein aus großen Hoffnungen wächst. Der Wert von Aktien und Investments muss mit den tatsächlichen Entdeckungen und Erfolgen wachsen – das ist für die Wissenschaft vorteilhafter als jeder Boom, der durch unbegründete Aufmerksamkeit verursacht wird. Das ist mit der revolutionären CRISPR-Cas-Technologie passiert: Aus der Sicht des Big Business kam sie aus dem Nichts; doch jetzt verändert es wirklich die Welt.

2. Die Stammzellindustrie (sowohl Investoren als auch Forscher) muss sich auf die COVID-19-Pandemie konzentrieren. Einige Studien versuchen bereits, COVID-19 mit iPSC-Technologien zu bekämpfen; Doch selbst wenn sie versagen (wir haben keine wirksamen Medikamente gegen verschiedene Viren und es ist unwahrscheinlich, dass wir diejenigen bekommen, die SARS-CoV-2 behandeln), ist es notwendig, den Moment zu nutzen.

Das mag zu kalkuliert oder zynisch klingen, aber die Aufmerksamkeit von Regierungen, Unternehmen und der Öffentlichkeit für die Gesundheitsbranche wird nicht immer so groß sein wie während der Pandemie. Jetzt ist der richtige Moment, um Geld, Technologien und Humanressourcen anzuziehen – bis Mitte der 2020er Jahre, wenn COVID-19 unter Kontrolle ist, können sie erfolgreich auf andere Bereiche der Medizin „übertragen“werden.

3. Es ist wichtig, die Informationstechnologien zu nutzen. Experimente an Mäusen sind nicht in der Lage, verschiedene Mechanismen der Stammzellfunktion schnell zu beurteilen, insbesondere angesichts der strengen ethischen Beschränkungen für Tests am Menschen. Die Erfolge und Errungenschaften, die ich in diesem Artikel sowie Tausende anderer erwähnt habe, sind nur ein Tropfen auf den heißen Stein im Vergleich zu dem, was erforderlich ist, um die regenerative Medizin zu einer voll funktionsfähigen Disziplin zu entwickeln.

Heutige Computermodelle bieten einzigartige Möglichkeiten für die In-silico-Forschung – technisch haben wir bereits zuverlässige „virtuelle Patienten“, um auch so komplexe Methoden wie die Zell-„Reprogrammierung“zu testen. „Virtuelle klinische Studien“beseitigen ethische Zwänge und ermöglichen die schnelle Sammlung von Daten, die Wissenschaftlern aus der ganzen Welt zur Verfügung stehen, die ähnliche Studien durchführen. Auf klassische Forschungsmethoden muss nicht verzichtet werden, doch weit verbreitete In-silico-Technologien können die Stammzellforschung um ein Vielfaches beschleunigen.

4. Schon bevor Dolly, das Schaf, geboren wurde, diskutierten die Menschen über die moralischen Aspekte des Klonens von Lebewesen, insbesondere von Menschen. Heutzutage sind solche Verfahren in vielen Ländern gesetzlich eingeschränkt, während sich die Regulierung von Stammzellen noch im embryonalen Stadium befindet – eine Reprogrammierung ist nicht in Sicht.

Spezialisten aus verschiedenen Branchen – Gesundheitswesen, Recht, IT, Pharmazie und Grundlagenwissenschaften einschließlich Geisteswissenschaften (z. Welche Stammzellen können verwendet werden und in welchen Situationen? Welche „Umprogrammierungsarten“sind akzeptabel und welche nicht? Wo liegen die moralischen Grenzen klinischer Studien und Therapien mit Stammzellen? Viele Fragen müssen noch beantwortet werden – und diese Antworten müssen in Codes und Richtlinien bereitgestellt werden.

Um Stammzellen und regenerative Medizin wirklich zum nächsten großen Ding zu machen, anstatt nur ein weiterer modischer Trend oder eine Marktblase zu werden, müssen wir dies erarbeiten. Und wir müssen es gemeinsam tun.

Haftungsausschluss: Die Ansichten und Meinungen der Mitwirkenden sind die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die offizielle Politik oder Position von IBTimes.com wider

Über den Autor

Rustam Gilfanov ist IT-Unternehmer und Venture Partner des LongeVC-Fonds.

Verweise:

1. Evans MJ, Kaufman MH. Etablierung in Kultur von pluripotenten Zellen aus Mausembryonen. Natur. 9. Juli 1981; 292 (5819): 154-6. doi: 10.1038/292154a0. PMID: 7242681.

2. Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM. Embryonale Stammzelllinien aus humanen Blastozysten. Wissenschaft. 1998, 6. Nov.; 282(5391):1145-7. doi: 10.1126/science.282.5391.1145. Erratum in: Science 1998 Dez 4;282(5395):1827. PMID: 9804556.

3. Atkins HL, Bowman M, Allan D, Anstee G, Arnold DL, Bar-Or A, Bence-Bruckler I, Birch P, Bredeson C, Chen J, Fergusson D, Halpenny M, Hamelin L, Huebsch L, Hutton B, P. Laneuville, Y. Lapierre, H. Lee, L. Martin, S. McDiarmid, P. O'Connor, T. Ramsay, M. Sabloff, L. Walker, MS Freedman. Immunablation und autologe hämatopoetische Stammzelltransplantation bei aggressiver Multipler Sklerose: eine multizentrische Einzelgruppen-Phase-2-Studie. Lanzette. 6. August 2016;388(10044):576-85. doi: 10.1016/S0140-6736(16)30169-6. Epub 2016 Juni 9. PMID: 27291994.

4. Mascetti VL, Pedersen RA. Der Mensch-Maus-Chimärismus bestätigt die Pluripotenz menschlicher Stammzellen. Zellstammzelle. 7. Januar 2016;18(1):67-72. doi: 10.1016/j.stem.2015.11.017. Epub 2015 Dez. 17. PMID: 26712580; PMCID: PMC4712187.

5. Anastasiadis K, Antonitsis P, Westaby S, Reginald A, Sultan S, Doumas A, Efthimiadis G, Evans MJ. Implantation eines neuen allogenen mesenchymalen Vorläuferzelltyps bei Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie, die sich einer Koronararterien-Bypass-Transplantation unterziehen: eine offene Phase-IIa-Studie. J Cardiovasc Transl Res. Juni 2016;9(3):202-213. doi: 10.1007/s12265-016-9686-0. Epub 2016 Apr. 1. Erratum in: J Cardiovasc Transl Res. Juni 2021;14(3):587-588. PMID: 27037806.

6. Plaza Reyes A, Petrus-Reurer S, Padrell Sánchez S, Kumar P, Douagi I, Bartuma H, Aronsson M, Westman S, Lardner E, André H, Falk A, Nandrot EF, Kvanta A, Lanner F Zelloberflächenmarker und Etablierung der Monolayer-Differenzierung zu retinalen Pigmentepithelzellen. Nat. Komm. 30. März 2020;11(1):1609. doi: 10.1038/s41467-020-15326-5. Erratum in: Nat Commun. 6. Mai 2020;11(1):2346. Erratum in: Nat Commun. 9. Juli 2020;11(1):3504. PMID: 32231223; PMCID: PMC7105463.

7. Leong J, Hong YT, Wu YF, Ko E, Dvoretskiy S, Teo JY, Kim BS, Kim K, Jeon H, Boppart M, Yang YY, Kong H. Surface Tethering of Inflammation-Modulatory Nanostimulators to Stem Cells for Ischämic Muskelreparatur. ACS-Nano. 26. Mai 2020; 14(5):5298-5313. doi: 10.1021/acsnano.9b04926. Epub 2020 13. April. PMID: 32243129; PMCID: PMC8274413.

8.

9. Ronaldson-Bouchard K, Ma SP, Yeager K, Chen T, Song L, Sirabella D, Morikawa K, Teles D, Yazawa M, Vunjak-Novakovic G. Fortschrittliche Reifung von menschlichem Herzgewebe, das aus pluripotenten Stammzellen gezüchtet wird. Natur. 2018 Apr; 556 (7700): 239-243. doi: 10.1038/s41586-018-0016-3. Epub 2018 Apr 4. Erratum in: Natur. 2019 August;572(7769):E16-E17. PMID: 29618819; PMCID: PMC5895513.

10. Honmou O, Yamashita T, Morita T, Oshigiri T, Hirota R, Iyama S, Kato J, Sasaki Y, Ishiai S, Ito YM, Namioka A, Namioka T, Nakazaki M, Kataoka-Sasaki Y, Onodera R, Oka S, Sasaki M, Waxman SG, Kocsis JD. Intravenöse Infusion von autoserum-expandierten autologen mesenchymalen Stammzellen bei Patienten mit Rückenmarksverletzungen: 13 Fallserien. Clin Neurol Neurosurg. 2021 Apr.;203:106565. doi: 10.1016/j.clineuro.2021.106565. Epub 2021, 18. Februar. PMID: 33667953.

11. S. Palma-Tortosa, D. Tornero, M. Grønning Hansen, E. Monni, M. Hajy, S. Kartsivadze, S. Aktay, O. Tsupykov, M. Parmar, K. Deisseroth, et al. Die Aktivität in gepfropften humanen iPS-Zellen-abgeleiteten kortikalen Neuronen, die in das Gehirn einer schlaganfallverletzten Ratte integriert sind, reguliert das motorische Verhalten. Proc Natl Acad Sci U S A, 117 (2020), S. 9094-9100

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