Stammzellen machen Geburtsfehler rückgängig

Durch die direkte Injektion von Stammzellen in das Gehirn konnten Wissenschaftler neurale Geburtsfehler bei Mäusen, deren Mütter während der Schwangerschaft Heroin erhielten, erfolgreich rückgängig machen. Obwohl die meisten der transplantierten Zellen nicht überlebten, veranlassten sie die hirneigenen Zellen zu umfangreichen Reparaturen.

Schaden reparieren: Neuronale Stammzellen, die mit einem fluoreszierenden Farbstoff grün markiert sind, wurden in die Gehirnzellen (rot) einer Maus transplantiert, die mit einer Hirnschädigung geboren wurde, nachdem ihre Mutter während der Schwangerschaft Heroin erhalten hatte. Transplantationen wie diese schienen die zellulären, biochemischen und Verhaltensstörungen, die heroingeschädigte Mäuse erleiden, effektiv umzukehren.

Transplantierte Stammzellen haben sich in der Vergangenheit als vielversprechend bei der Umkehrung von Hirnschäden erwiesen, die durch Schlaganfälle sowie durch neurologische Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer und Huntington verursacht wurden. Ihr Einsatz bei der Behandlung von Geburtsfehlern ist jedoch relativ neu. In den letzten Jahren hat eine Handvoll Forschungsteams stammzellbasierte Therapien für Nagetiere mit echten oder simulierten Geburtsfehlern im Gehirn entwickelt.

Joseph Yanai , Direktor des Ross Laboratory for Studies in Neural Birth Defects an der Hebräische Universität-Hadassah Medical School , in Jerusalem, sagt, Stammzelltherapien seien ideal für die Behandlung von Geburtsfehlern, bei denen der Schadensmechanismus vielschichtig und wenig verstanden sei. Wenn Sie neurale Stammzellen verwenden, sagt Yanai, sind sie Ihre kleinen Ärzte. Sie suchen nach dem Defekt, sie diagnostizieren ihn und sie unterscheiden, was zur Reparatur des Defekts erforderlich ist. Sie machen in gewisser Weise meinen Job.

Yanai und seine Kollegen begannen mit Mäusen, die im Mutterleib Heroin ausgesetzt waren. Diese Mäuse leiden an Lernschwächen; Wenn sie beispielsweise in einen Tank mit trübem Wasser gelegt werden, brauchen sie länger als normale Mäuse, um ihren Weg zurück zu einer untergetauchten Plattform zu finden. Und in ihrem Hippocampus – einem Bereich des Gehirns, der mit Gedächtnis und Navigation verbunden ist – werden kritische biochemische Wege gestört und weniger neue Zellen produziert.

All diese Probleme werden schnell gelöst, wenn die Forscher neuronale Stammzellen aus embryonalen Mäusen in die Gehirne der heroinexponierten Tiere injizieren. Beim Schwimmen holten die behandelten Mäuse ihre normalen Artgenossen ein und ihre zellulären und biochemischen Defizite verschwanden. Yanai gab diese Ergebnisse in . bekannt 2007 und 2008 .

Diese dramatischen Ergebnisse waren überraschend, wenn man bedenkt, dass nur ein Bruchteil eines Prozents der transplantierten Stammzellen im Gehirn der Mäuse überlebte. Sie stehen jedoch im Einklang mit einem sich abzeichnenden Konsens darüber, wie adulte Stammzellen ihre vielen Funktionen durch sogenannte Bystander- oder Chaperon-Effekte erfüllen. Abgesehen davon, dass sie einfach Ersatz für beschädigte Zellen erzeugen, scheinen Stammzellen Signale zu produzieren, die andere Zellen dazu anregen, die normale Organwartung durchzuführen und die Schadenskontrolle einzuleiten.

Der Chaperon-Effekt ist ein wichtiger Aspekt der Stammzellbiologie, der einfach unterschätzt wird, sagt Evan Snyder , der das Stem Cell Research Center am Burnham Institute for Medical Research in Kalifornien leitet und dessen Forschungsgruppe den Begriff 2002 prägte. und nicht der Aspekt des Zellersatzes, von dem wir immer dachten, er sei der Schlüssel zur Stammzellbiologie in der regenerativen Medizin.

Cesar Borlongan, Professor und stellvertretender Vorsitzender für Forschung in der Abteilung für Neurochirurgie an der University of South Florida College of Medicine , verwendet ein anderes Modell, um den Einsatz von Stammzellenbehandlung bei hirngeschädigten Säuglingen zu untersuchen. Durch die bewusste Einschränkung des Blut- und Sauerstoffflusses in die Gehirne neugeborener Ratten simulieren er und seine Kollegen die Auswirkungen eines Säuglings-Schlaganfalls – ein verheerendes Ereignis, das bei neugeborenen Menschen zu nicht behandelbaren Hirnverletzungen führt.

Ähnlich wie Yanai fand Borlongan heraus, dass die Injektion von Stammzellen in das Gehirn der gefährdeten Ratten einige der vor der Behandlung beobachteten Verhaltensdefizite umkehrte. Zum Beispiel könnten die behandelten Ratten längere Zeit auf einem rotierenden Stab balancieren.

Um diese Art der Therapie näher an klinische Tests am Menschen zu bringen, hat Borlongan mit der intravenösen Verabreichung der Stammzellen experimentiert. Im Juli letzten Jahres in der Online-Version des Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism , gaben er und seine Kollegen bekannt, dass transplantierte Stammzellen bei Ratten unabhängig davon, ob sie intravenös verabreicht oder direkt ins Gehirn gespritzt wurden, zum gleichen Ergebnis führten.

Yanai hatte ähnliche Erfolge mit der intravenösen Verabreichung in seinem Heroin-Expositionsmodell, das er auf der diesjährigen Jahrestagung der bekanntgeben will Internationale Gesellschaft für Stammzellforschung , in Barcelona.

Die injizierten Stammzellen können aus zwei Gründen aus dem Blutkreislauf ins Gehirn wandern, sagt Borlongan. Zuerst sendet das verletzte Gehirn chemische Signale aus, die die Zellen rekrutieren. Und zweitens kann eine Hirnschädigung die Blut-Hirn-Schranke beeinträchtigen, die normalerweise reguliert, welche Substanzen die Schwelle ins Gehirn überschreiten können.

Nicht jeder ist jedoch von dem intravenösen Zugang begeistert. Darwin prockop , Direktor der Institut für Regenerative Medizin am Texas A&M Health Science Center College of Medicine warnt davor, dass sich die injizierten Zellen in anderen Organen festsetzen können – insbesondere in der Lunge – und unerwünschte und sogar tödliche Nebenwirkungen verursachen können. Und laut Evan Snyder kann es unnötig sein, durch den Blutkreislauf zu gehen; Seine Gruppe hat keine größeren Risiken im Zusammenhang mit der direkten Gehirninjektion gesehen, einem Weg, den er für klinisch machbar beim Menschen hält.

Aber alle diese Therapien beinhalten das Einbringen fremder Zellen in den Körper und laufen daher Gefahr, eine potenziell gefährliche Immunantwort zu provozieren. In den meisten bisherigen Studien werden den behandelten Nagetieren starke Immunsuppressiva verabreicht. Yanai erforscht derzeit personalisierte Behandlungsmethoden, um dieses Problem zu umgehen: Zellen werden aus dem zu behandelnden Tier extrahiert, dazu gebracht, in einen stammzellähnlichen Zustand zurückzukehren, und dann transplantiert. Da sie vom behandelten Tier stammen, werden die Zellen als körpereigene Zellen erkannt und vom Immunsystem ignoriert.

Kürzlich hat Borlongan herausgefunden, dass Immunsuppressiva im Säuglings-Schlaganfall-Modell unnötig sind. Da er die Nager schon in sehr jungen Jahren behandelt, zeigt sich ihr noch unausgereiftes Immunsystem relativ unbeeindruckt von den transplantierten Stammzellen. Borlongan weist darauf hin, dass eine Immunantwort auf niedrigem Niveau tatsächlich nützlich sein kann: Durch die Verringerung der Anzahl der Zellen, die langfristig überleben, kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass sich injizierte Zellen unkontrolliert vermehren und Tumore bilden.

Dennoch, so Prockop, ist das Tumorrisiko bei jeder stammzellbasierten Therapie ein ernstes Problem. Und während er optimistisch in die Zukunft der Zelltherapien zur Behandlung verschiedenster Krankheiten blickt, mahnt er bei schweren Geburtsfehlern zu Vorsicht und Gewissenhaftigkeit. Die große Gefahr besteht darin, dass man ein Kind, das in wenigen Jahren zum Tode verurteilt sein könnte, zu einem lebenslangen Invaliden machen kann, der weiter gepflegt werden muss, sagt er. Die Aussichten sind also, wenn man genau darüber nachdenkt, äußerst besorgniserregend. Wenn Sie keine vollständige Heilung erhalten, können Sie mehr Schaden als Nutzen anrichten.

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