Der Typ 1 Diabetes mellitus entsteht durch eine komplette Zerstörung der insulinproduzierenden Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas). Durch den Insulinmangel entstehen lebensbedrohliche Störungen im Blutzucker-, Eiweiß- und Fettstoffwechsel. Zur Behandlung des Typ 1 Diabetes muss das Insulin, welches der Körper normalerweise selbst produziert, so substituiert werden, dass möglichst normnahe Blutzuckerspiegel erreicht werden.

 

 

Um den Typ 1 Diabetes zu heilen, wäre es notwendig, dem Körper neue funktionsfähige Beta-Zellen zuzuführen. Es ist bereits gelungen, Methoden zu entwickeln, die Beta-Zellen aus dem Pankreas von Organspendern zu isolieren und Diabetikern zu transplantieren. Diese Patienten müssen dann kein Insulin oder nur geringe Mengen von Insulin spritzen, um eine normale Blutzuckereinstellung zu gewährleisten. Allerdings ist die Zahl der verfügbaren Spenderorgane viel zu gering, um eine ausreichende Menge von Inselzellen für die Transplantation zur Verfügung zu haben. Eine neue Methode zur Gewinnung von Spenderzellen ist die Züchtung von Beta-Zellen aus Stammzellen in der Zellkultur. Dieser neue Therapieansatz hat in den letzten Monaten großes Aufsehen erregt.

 

Was sind Stammzellen?

Stammzellen sind unreife Vorläuferzellen des Körpers, die die Fähigkeit besitzen, sich selbst zu vermehren und deren Tochterzellen sich zu ausgereiften, voll funktionsfähigen Körperzellen entwickeln können. Bei der Arbeit mit Stammzellen ist zwischen embryonalen und adulten Stammzellen zu unterscheiden.

Embryonale Stammzellen können aus der inneren Zellmasse des frühen Embryos, der sogenannten Blastozyste, isoliert und in der Zellkultur vermehrt werden. Unter geeigneten Zellkulturbedingungen, die schon sehr gut erforscht sind, lassen sich Zelllinien embryonaler Stammzellen etablieren, die sich im Prinzip unbegrenzt vermehren können. Sie besitzen omnipotente Fähigkeiten, d.h. aus diesen Zellen können im Prinzip alle möglichen Zelltypen und Gewebe des Körpers hergestellt werden.

Der zweite Typ von Stammzellen sind Zellen, die im Körper von Erwachsenen aus verschiedenen Organen isoliert werden können (adulte Stammzellen). Anders als noch vor kurzem angenommen geht man heute davon aus, dass in vielen, evtl. sogar in allen Organen teilungs- und differenzierungsfähige adulte Vorläuferzellen vorhanden sind, die pluripotente Eigenschaften besitzen. Solche Zellen können in mehrere verschiedene, aber nicht in alle Zelltypen des Organismus ausdifferenzieren. Im Gegensatz zu den embryonalen Stammzellen sind die Kulturbedingungen für adulte Stammzellen noch nicht genau charakterisiert.

 

Welche Ergebnisse wurden bisher erzielt?

Verschiedene Forschergruppen haben in den letzten Jahren Methoden entwickelt, in der Zellkultur aus Stammzellen Zellen des Nervensystems, Muskelzellen, Knorpelzellen, Leberzellen und hämatologische Zellen (Zellen aus dem Blut) herzustellen. In experimentellen Studien bei Mäusen ist es vor kurzem gelungen aus embryonalen oder adulten Stammzellen insulinproduzierende Zellen anzuzüchten. In der ersten Arbeit wurde eine embryonale Stammzellinie der Maus durch den Einbau des Insulingens so verändert, dass sich in der Zellkultur Beta-Zellen entwickelt haben (Soria 2000). Eine andere Arbeitsgruppe konnte allein durch die Zugabe von bestimmten Wachstumsfaktoren aus embryonalen Stammzellen insulinproduzierende Zellen herstellen (Lumelsky 2001). Diese Zellen haben in beiden Studien ähnlich wie normale Beta-Zellen nach der Stimulierung mit Glucose Insulin produziert und sezerniert. Außerdem ist es gelungen adulte Stammzellen aus einer Präparation von Pankreaszellen zu kultivieren, die unter definierten Zellkulturbedingungen in Beta-Zellen differenziert sind (Ramiya 2000). Nach der Transplantation der aus den embryonalen oder adulten Zellen abstammenden Spenderzellen konnte der Blutzucker bei diabetischen Mäusen deutlich gebessert bzw. normalisiert werden.

 

Welche Probleme sind bisher ungelöst?

Bisher ist unklar, inwieweit die Ergebnisse bei Mäusen auf den Menschen übertragen werden können. Bei der Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen bestehen berechtigte ethische Bedenken, so dass über deren möglichen Einsatz bisher kein Konsens erzielt werden konnte. Außerdem kann das Risiko der Entwicklung von Tumoren, z.B. Teratomen, aus nicht voll ausgereiften Spenderzellen noch nicht ausgeschlossen werden. Hier muss noch nach Lösungen gesucht werden, um einen sicheren Einsatz zu gewährleisten. Denkbar ist die Vorselektion der Zellen oder den Einbau von bestimmten Marker- oder Suizidgenen, mit denen die Zellen jederzeit nachgewiesen und bei Bedarf wieder aus dem Körper eliminiert werden können. In der Forschung mit adulten Stammzellen konnten bisher die Methoden für die Stammzellisolierung aus dem Pankreas, deren Vermehrung in der Zellkultur und die Bedingungen für die Ausreifung in Beta-Zellen nur unzureichend definiert werden. Bisher kann die Frage, ob sich die adulten Stammzellen in ausreichender Menge vermehren und in voll ausgereifte Beta-Zellen differenzieren lassen, noch nicht abschließend beantwortet werden. Hier müssen die Ergebnisse laufender experimenteller Studien abgewartet werden.

 

Perspektiven für die Zukunft

Die Ergebnisse der Studien bei Mäusen machen berechtigte Hoffnungen, dass das Prinzip der Herstellung von Beta-Zellen aus Stammzellen auch beim Menschen funktionieren könnte. Diese Zellen könnten dann in nahezu unbegrenzter Menge als Spenderzellen für die Transplantation fungieren und die Insulinproduktion des Körpers übernehmen. Der entscheidende Vorteil gegenüber der bisherigen Therapie wäre, dass die transplantierten Zellen das Insulin angepasst an die aktuellen Blutzuckerwerte freisetzen würden und damit die Blutzuckerspiegel wie die normalen Beta-Zellen des Körpers selbst regulieren. Die Notwendigkeit der Blutzuckermessungen und der Insulininjektion würden damit entfallen. Wenn es gelingt die vorhandenen Probleme zu lösen, könnte die Stammzelltherapie in Zukunft eine völlig neue Therapieoption für die Behandlung von Typ 1 Diabetikern darstellen.

Priv. Doz. Dr. med. Jochen Seißler, Deutsches Diabetes-Forschungsinstitut, Düsseldorf

 

Literatur:

Lumelsky N, Blondel O, Laeng P, Velasco I, Ravin R, MyKay R. Differentiation of embryonic stem cells to insulin-secreting structures similar to pancreatic islets. Science 292: 1389-1394, 2001

Ramiya VK, Maraist M, Arfors KE, Schatz DA, Peck AB, Cornelius JG. Reversal of insulin-dependent diabetes using islets generated in vitro from pancreatic stem cells. Nature Medicine 6: 278- 282, 2000

Soria B, Roche E, Berna G, Leon-Quinto T, Reig JA, Martin F. Insulin-secreting cells derived from embryonic stem cells normalize glycemia in streptozotocin-induced diabetic mice. Diabetes 49:157-162, 2000

Redaktion: Dr. med. Melanie Stapperfend, Prof. Dr. med. W. Scherbaum