Wissenschaftler transformieren Hautzellen direkt in Gehirnzellen und umgehen das Stammzellstadium

Die Wissenschaftler der Medizinischen Fakultät der Stanford University of California haben die Zellen der Hautzellen direkt in neurale Vorläuferzellen umgewandelt, die die drei Haupttypen von Zellen im Gehirn und Nervensystem bilden. Sie schreiben über ihre Ergebnisse in der frühen Online - Ausgabe des Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Die Ergebnisse dieser und einer früheren Studie hinterfragen die Idee, dass Pluripotenz (die Fähigkeit, praktisch jede andere Zelle im Körper zu werden, ein Schlüsselmerkmal von Stammzellen) eine notwendige Stufe bei der Umwandlung eines Zelltyps in einen anderen ist.
In der früheren Studie transformierte das gleiche Team Maus- und menschliche Hautzellen direkt in funktionelle Neuronen. Aber diese Studie ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem früheren aus zwei Gründen.
Erstens können neurale Vorläuferzellen nicht nur zu Neuronen differenzieren, sie können auch zu einer der beiden anderen Haupttypen von Zellen im Nervensystem werden: Astrozyten und Oligodendrozyten.
Astrozyten sind sternförmige Gliazellen, die Neuronen an Ort und Stelle halten, ihnen Nährstoffe zuführen und Teile abgestorbener Neuronen verdauen. Oligodendrozyten bilden das Myelin, das Nervenfasern isoliert, die Neuronen miteinander verbinden und es ihnen ermöglichen, Signale zu übertragen.
Und zweitens sind neurale Vorläuferzellen ein nützlicheres und vielseitigeres Endprodukt für das Labor, wo sie in großer Zahl für die Transplantation oder das Drogenscreening kultiviert werden können.
Zusammen ergeben die beiden Studien die Möglichkeit, dass die Forschung an embryonalen Stammzellen und die induzierte Pluripotenz durch eine direktere Methode zur Herstellung spezifischer Zelltypen für Behandlungen und Forschung ersetzt werden könnte.
Das Problem mit embryonalen Stammzellen, obwohl sie als "Goldstandard" bei der Erzeugung neuer Zelltypen gelten, ist die ethische Frage, woher sie kommen und auch, weil sie nicht vom eigenen Körper des Patienten stammen, hat der Patient Medikamente nehmen, um ihr Immunsystem zu stoppen, das neue Gewebe abzustoßen.
Die induzierte Pluripotenz, bei der die patienteneigenen Zellen in Stammzellen umprogrammiert werden, scheint die ethischen Probleme und die Immunabstoßung embryonaler Stammzellen zu überwinden, außer dass sie das Risiko mit sich bringen, Gene zu aktivieren, die Krebs verursachen. Obwohl dieses Risiko verringert werden kann, indem unerwünschte pluripotente Zellen ausgeschlossen werden, führt dies zu Kosten.
Der leitende Autor der neuen Studie ist Dr. Marius Wernig, Assistenzprofessor für Pathologie und Mitglied des Stanford-Instituts für Stammzellbiologie und regenerative Medizin. Er sagte der Presse, er und seine Kollegen seien "begeistert" über das medizinische Potenzial ihrer Ergebnisse.
"Wir haben gezeigt, dass sich die Zellen in das Gehirn einer Maus integrieren und ein fehlendes Protein produzieren können, das für die Signalübertragung durch die Neuronen wichtig ist. Das ist wichtig, weil das von uns verwendete Mausmodell das einer genetischen Erbkrankheit imitiert", sagt Wernig .
Allerdings warnte er davor, dass mehr Arbeit nötig sei, bevor sie eine ähnliche Umwandlung von menschlichen Hautzellen zeigen könne, sei nicht nur möglich und effektiv, sondern auch sicher.
Für die Studie infizierten Wernig und Kollegen embryonale Mäusehautzellen (eine Zelllinie, die häufig in Labors verwendet wird) mit einem Virus, das drei Transkriptionsfaktoren (Brn2, Sox2 und FoxG1) trägt, von denen bekannt ist, dass sie in neuralen Vorläuferzellen auf hohem Niveau vorhanden sind. In etwas mehr als drei Wochen hatte einer von zehn Hautzellen begonnen, wie neurale Vorläuferzellen zu wirken.
In der früheren Studie hatten sie einen anderen Satz von drei Transkriptionsfaktoren (Brn2, Ascl1 und Myt1l) verwendet.
Sie bestätigten das Vorhandensein neuraler Vorläuferzellen auf zwei Arten: im Labor und bei Tieren (in vitro und in vivo).
Im Labor bestätigten sie, dass die transformierten Zellen die entsprechenden Gene exprimierten und die gleiche Form und Funktion wie natürlich gewonnene neurale Vorläuferzellen hatten.
Und um sie in Tieren zu bestätigen, injizierten sie die neuen Zellen in die Gehirne von neugeborenen Mäusen, die gezüchtet wurden, weil sie nicht in der Lage waren, die Myelinscheide zu bilden, die die Nervenfasern umgibt. Nach zehn Wochen hatten sich die neuen Zellen zu Oligodendroyten differenziert und begonnen, die Nervenfasern der Mäuse mit Myelin zu beschichten.
Das Team hofft nun, seinen Erfolg mit Hautzellen von erwachsenen Mäusen und Menschen zu wiederholen.
Mittel aus dem California Institute for Regenerative Medicine, der New York Stem Cell Foundation, der Ellison Medical Foundation, der Stinehart-Reed Foundation und den National Institutes of Health halfen, die Studie zu finanzieren.
Geschrieben von Catharine Paddock

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