Immunmodulation von pluripotenten Stammzellen für die Regenerative Medizin

Abstract

Pluripotente Stammzellen besitzen die Fähigkeit, sich in alle Zellarten zu differenzieren, und ermöglichen somit auf neue Art und Weise humane Krankheiten zu behandeln. Während die Anwendung von embryonalen Stammzellen (ESCs) ethische Fragen aufwirft, bieten induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) die Chance und neue Einblicke auf die Herstellung autologer Zellprodukte. Diese sind genetisch identisch zur Ausgangszelle und verhindern somit eine mögliche Abstoßung der Zellimplantate. Die Generierung Patienten-spezifischer iPSCs ist jedoch mit hohen Kosten verbunden und für akute Krankheiten, wie nach einem Myokardinfarkt, nicht anwendbar. In unserer Arbeit haben wir mittels Maus und humanen iPSCs untersucht wie anfällig die Zellen durch Re-Programmierung und Differenzierung für mitochondriale Mutationen sind. Alle untersuchte Zellinien haben mitochondriale Mutationen entwickelt, die in vivo in einigen Transplantationsmodellen zur Abstoßung geführt haben.

Unser Ziel ist es iPSCs so zu modulieren, dass sie als hypoimmunogene Stammzellen für eine universelle Transplantation (allogen) ohne die zusätzliche Gabe von Immunsuppressiva, anwendbar sind. Dafür wurden zunächst bei murinen iPSCs einer C57BL/6 Maus die Oberflächenmoleküle B2m und Ciita durch die CRISPR-Cas9 Technologie ausgeknockt und Cd47 lentiviral überexprimiert. Sowohl bei in vivo als auch in vitro Experimenten zeigten die transplantierten Zellen ein 100%iges Überleben im allogenen Setting. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden dieselben Verfahren mit den gleichen Modulierungen in humanen iPSCs durchgeführt. Modifizierte humane iPSCs zeigten in vivo, im humanisierten Mausmodell, ein Langzeitüberleben ohne Abstoßung der transplantierten Zellen. Da undifferenzierte Stammzellen das Potential einer Teratombildung besitzen, werden für klinische Anwendungen die gewünschten Zelltypen vor der Transplantation ex vivo generiert. So wurden murine und humane hypoimmunogene iPSCs erfolgreich in Zellen der mesodermalen Linie (Herzmuskelzellen, Endothelzellen, und glatten Muskelzellen) differenziert und transplantiert, und zeigten ebenfalls ein 100%iges Überleben im allogenen Modell. Diese Arbeit liefert Ergebnisse für die Generierung einer hypoimmunogenen Zelllinie und bietet somit eine Grundlage für ihre möglichen Anwendungen in der klinischen Stammzelltherapie.