La Jolla/Kalifornien - US-Forschern ist es gelungen, humane Stammzellen, die heute aus den Fibroblasten einer einfachen Hautbiopsie gewonnen werden können, in ausreichender Menge in Beta-Zellen zu verwandeln, die nach einer Transplantation unter die Nierenkapsel von Mäusen innerhalb von 2 Wochen mit einer ausreichenden Produktion von Insulin begannen und den künstlich erzeugten Typ-1-Diabetes der Mäuse kurierten. Die in Nature Communications (2021; DOI: 10.1038/s41467-021-23525-x) vorgestellten Ergebnisse schaffen erstmals eine realistische Perspektive für klinische Studien.
fibroblasten
© picture-alliance, dpaMikroskopische Aufnahme von Fibroblasten.
Zum Typ-1-Diabetes kommt es infolge einer Zerstörung der insulinproduzierenden Beta-Zellen durch ein fehlgeleitetes Immunsystem. Die Krankheit ist nicht heilbar, weil die Regenerationsfähigkeit der Beta-Zellen begrenzt ist und neu gebildete Zellen durch das Immunsystem sofort wieder beseitigt werden. Eine mögliche Behandlung besteht in der Transplantation von Beta-Zellen, die aus Stammzellen hergestellt werden.

Dies ist seit einigen Jahren im Prinzip möglich. Fibroblasten aus einer Hautprobe können im Labor in humane pluripotente Stammzellen (hPSC) zurückversetzt werden, die sich dann in Beta-Zellen ausdiffe­renzieren lassen. Die Produktion der Beta-Zellen war jedoch bisher schwierig und die Ausbeute gering. Dies erhöht nicht nur die Kosten. Wenn bei der Differenzierung auch andere Zellen als Beta-Zellen entstehen, sind Probleme abzusehen. Diese Zellen können die Insulinproduktion stören und, was schlimmer wäre, zum Ausgangspunkt von Tumoren werden.

Einem Team um Juan Carlos Izpisua Belmonte vom Salk Institute in La Jolla/Kalifornien ist es jetzt gelungen, die Ausbeute an Beta-Zellen deutlich zu erhöhen und die Bildung von störenden anderen Zellen zu vermeiden. Dies gelang einmal mit einer neuen Kombination von 10 Substanzen, die die Differenzierung der hPSC in die richtige Richtung lenkten und beschleunigten.

Die Entwicklung zur Beta-Zelle erfolgte in 8 Stadien, die die embryonale Entwicklung der Beta-Zellen vom Endoderm über das primitive Darmrohr und den hinteren Vorderdarm rekapitulierten. Dabei entstanden Vorläuferzellen, die in einem letzten Schritt in hormonproduzierende Beta-Zellen ausdifferenziert wurden. Alle 8 Stadien nahmen etwa 50 Tage in Anspruch. Ein Teil des Erfolgsrezepts scheint zu sein, dass die Forscher die Zellen nicht in Petrischalen vermehrten, sondern ihnen in speziellen Bioreaktoren die Möglichkeit gaben, sich in allen 3 Dimensionen auszubreiten.