Stammzellen 2.0: Neben dem Hype wollen Ingenieure schnell bauen

  • 2019

Selbst auf der schnelllebigen Open-Source-Schnellstraße der Biologie ist dies ein langer Weg vom Durchbruch bis zur Anwendung. Er wird normalerweise von Ingenieuren gebaut, die herausfinden, wie sie die empfindlichen Ergebnisse von Laborexperimenten nutzen und sie robust genug machen, um sie zu überleben Ansturm der Industrie. Deshalb war für Biomediziningenieure wie Peter Zandstra die Nachricht der letzten Woche, dass embryonale Stammzellen aus menschlichen Hautzellen gebildet wurden, ein Anfang und kein Ende.

"Das ist ein großer Schritt", sagt Zandstra. "Aber die Stammzellen selbst sind für nichts nützlich. Das war das Problem vor dieser Ankündigung - und das ist auch heute noch das Problem."

Während das Rennen um die Rekombination von Zellen und die Heilung von Krankheiten wie Alzheimer definitiv vonstatten geht - James Thompson, dessen Team eine der kühnen neuen Studien verfasst hat, sagt: "Jedes Labor mit Standard-Molekularbiologie kann problemlos umprogrammieren" - der internationale Fokus Jetzt geht es um Effizienz: Die Forscher müssen in der Lage sein, die neuen Stammzellen in großen Mengen mit hoher Reinheit herzustellen und sie auf einen bestimmten Zweck abzustimmen, wobei ein Prozess verwendet wird, der unkompliziert und wiederholbar ist. Zandstra und sein Team vom Stem Cell Bioengineering Lab der University of Toronto sind eine von vielen Gruppen, die bereits sogenannte Bioreaktoren entwickeln, die genau diese Anforderungen erfüllen sollen.

"Ich fühle mich irgendwie komisch, dies zu sagen Aber das ist keine Raketenwissenschaft ", sagt Zandstra." Es ist eine technische Herausforderung: Wie nehmen Sie ein Phänomen, das eindeutig robust genug ist, um reproduziert zu werden, aber noch nicht Routine ist und es in diese Richtung bewegt ?

Die gute Nachricht ist, dass Stammzelleningenieure, jedoch unter dem Radar, kürzlich die Grundlagen geschaffen haben: Die Zandstra-Gruppe gab 2005 bekannt, dass sie eine Methode entwickelt hatten, um die Ausbeute an Stammzellen aus Nabelschnurblut signifikant zu steigern; Shang-Tian Yang, Forscher an der Ohio State University, baute einen Bioreaktor, der Polymerfäden als Gerüst verwendete, um embryonale Stammzellen zu züchten und die Ausbeute dramatisch auf eine Milliarde Stammzellen pro Milliliter zu steigern. Teng Ma, Ingenieur an der Florida State University, erhielt Anfang des Jahres einen vierjährigen Zuschuss in Höhe von 824.000 US-Dollar vom US-Verteidigungsministerium, um seinen patentierten "Perfusions-Bioreaktor" für die Züchtung adulter Stammzellen mit dem Ziel zu entwickeln, Knochentransplantate zu ermöglichen.

Bioreaktoren bieten Gefäße - oder einfach nur neue Umgebungen - für eine schnelle Zellproduktion, und die Ingenieure werden versuchen, neue zu entwickeln, die alle neuen Zellen zum Laufen bringen. So einfach der Durchbruch in der letzten Woche auch sein mag - durch das Hinzufügen von vier Genen zu menschlichen Hautzellen wurden sie im Wesentlichen in ein offenes biologisches Buch - es ist wahrscheinlich auch nicht der erste Schritt. "Es ist nicht klar, wie effizient der Prozess ist", sagt Zandstra, "und es ist nicht klar, welche Mechanismen dem Prozess zugrunde liegen."

Ein weiteres Problem ist, dass die neue Technik Mutationen verursachen kann, die zu Krebs führen (das japanische Team hat sogar ein Krebsgen erfolgreich eingeführt). Und obwohl eine solche kurzfristige Störung offensichtlich eine Modifizierung erfordert, bevor Gewebe für menschliche Transplantate erzeugt werden, berührt dies nicht ein anderes, unmittelbareres Ziel: Stammzellen verwenden, um "Krankheiten in einer Schüssel" zu erzeugen, um mehr über die Entstehung genetischer Erkrankungen zu erfahren.

Das japanische Team scherzte auf keinen Fall, als es in seiner Studie betonte, dass "weitere Studien unerlässlich sind". Hier sind drei Ansätze, die Forscher verfolgen werden, um die Stammzellenproduktion zu steigern:

In silico

Dies ist nur eine schicke Art zu sagen, dass ein Forscher neue Ideen mit einem Computer testen wird, bevor er ins Labor geht. "Wenn Sie etwas mathematisch beschreiben, verstehen Sie es viel besser, als wenn Sie es nur beobachten", wie Zandstra sagt - deshalb hat er detaillierte Computermodelle erstellt, wie Stammzellen wachsen und sich dann in ihren endgültigen Erwachsenen differenzieren bilden.

In vitro

Standard-High-School-Biologie hier: im Wesentlichen in einer Petrischale oder einem Reagenzglas. Hier werden die Stammzellen zunächst eine praktische Wirkung haben, prognostiziert Zandstra. "Wenn jemand an Sichelzellanämie leidet oder eine Krankheit vorliegt, die auf eine Mutation zurückzuführen ist, und Sie eine Zelle von diesem Patienten entnehmen, können Sie eine Stammzelle erzeugen, die dasselbe mutierte Gen trägt", sagt er - und das könnte helfen, Wege zu finden, um eine Krankheit zu kontrollieren oder zu behandeln.

In vivo

Dies bedeutet "in Lebewesen" - obwohl der Mensch sicherlich nicht auf dem Prüfstand sein wird. In der Aufregung der vergangenen Woche vergraben war zum Beispiel eine separate Ankündigung, dass Forscher der Stanford University erfolgreich Stammzellen in das Knochenmark lebender Mäuse injiziert haben, um ihr Immunsystem zu regenerieren. In Oregon haben Wissenschaftler in der Zwischenzeit Stammzellen aus geklonten Affenembryonen hergestellt - aber das eröffnet die gleiche alte ethische Debatte.

Die nächste große Frage bleibt also: Wann können wir das erwarten? Nächster wichtiger Meilenstein? Selbst leitende Beamte und Stammzellwissenschaftler haben es nicht gewagt, eine Vermutung zu wagen, wobei die besten Schätzungen vom Weißen Haus bis John Hopkins sich auf "Jahre" beschränken. Zandstra meint, wir könnten die Ergebnisse von Stem Cells 2.0 nicht einmal sehen, bis es uns trifft. "Diese Dinge passieren so schnell", sagt er. "Wer hätte gedacht, dass wir vor einigen Jahren überhaupt das tun könnten, was wir können?"

Scheinbar unkomplizierte genetische Modifikationen in Hautzellen haben zu einem Zustand geführt, der im Wesentlichen dem der embryonalen Stammzellen entspricht. Aber den neuen Durchbruch direkt in die Tat umzusetzen, wird wahrscheinlich nicht der erste Schritt sein, sagen führende Forscher, PM. (Fotografie mit freundlicher Genehmigung von Junying Yu / University of Wisconsin)

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