Toxizität proinflammatorischer Zytokine auf insulinproduzierende Surrogatzellen generiert aus humanen pluripotenten Stammzellen

• Antragsteller: Professor Dr. Ortwin Naujok
• Fachliche Zuordnung: Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329435715

Jüngste Fortschritte bei der Entwicklung einer Zellersatztherapie zur Behandlung des Typ 1 Diabetes mellitus (T1DM) auf der Grundlage von pluripotenten Stammzellen (PSZ), wie humanen embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) und induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen), haben an Dynamik gewonnen. Kürzlich wurden Daten veröffentlicht, welche zeigen konnten, dass glucoseresponsive Betazellen durch die in vitro Differenzierung von humanen ES-Zellen erzeugt werden können. Diese differenzierten Zellen sind potentiell für eine Zellersatztherapie des T1DM geeignet. Der T1DM ist durch eine Autoimmunzerstörung der insulinproduzierenden Betazellen in den Langerhans'schen Inseln des Pankreas gekennzeichnet. Die Mediatoren dieser apoptotischen Zerstörung sind T-Effektorzellen und proinflammatorische Zytokine, insbesondere IL-1beta, TNF-alpha und IFN-gamma. Die Autoimmunität besteht während des gesamten Lebens und es gibt Hinweise darauf, dass im Rahmen einer Transplantation diese Autoimmunität wieder auftreten kann, so dass die insulinproduzierenden Zellen des Transplantats zerstört werden. Bevor ES-zellbasierte Therapien in präklinischen Tests geprüft werden können, sollte vorab geklärt werden, ob Surrogatzellen eine signifikante Empfindlichkeit gegenüber proinflammatorischen Zytokinen aufweisen. Der Zelltod durch Zell-Zell-Kontakte zwischen zytotoxischen T-Zellen und Betazellen ist eine zweite Art, auf welche diese zerstört werden können. Zellbasierte Therapien des Diabetes unter Verwendung von differenzierten ES-Zellen sehen allerdings eine Verkapselung vor, so dass das Transplantat vor dem soliden Immunsystem beschützt wird. Zu beachten ist, dass diese Verkapselung lösliche, proinflammatorische Zytokine nicht aufhalten kann. Das Ziel dieses Projekts ist es, durch Differenzierung insulinproduzierende Zellen aus ES-Zellen zu generieren. Die differenzierten Zellen sollen durch eine funktionelle Analyse in vitro und in vivo charakterisiert werden. Dann wird geprüft, ob alle Voraussetzungen für eine Zytokin-vermittelte Toxizität gegeben sind und ob die Zellen durch die endogene Expression von Chemokinen und Zytokinen eine Autoimmunität verstärken können. Schließlich wird getestet, ob die Inkubation mit proinflammatorischen Zytokinen zu einem signifikanten Verlust der Vitalität durch Apoptose-Induktion führen kann. Die durch Zytokine induzierten Signalwege, pro- und anti-apoptotische Effektorproteine und eine mögliche Interaktion zwischen dem Endoplasmatischem Retikulum und dem Mitochondrium sollen dazu analysiert werden. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse sollen genutzt werden, um eine Strategie zu entwickeln, welche Surrogatzellen vor Zytokin-vermittelter Toxizität schützen kann. Eine potentielle Möglichkeit wäre die Generierung von Zytokin-unsensitiven ES-Zellen durch CRIPS/Cas9-vermitteltes genomic editing. Außerdem können die Erkenntnisse aus diesem Projekt zur Prognose für den Erfolg von Stammzelltherapien des T1DM in der Zukunft verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen