Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Ansätze zur Gentherapie für Atemnotsyndrom bei Neugeborenen

19.05.2015

Forschern gelingt Lebensverlängerung bei Mäusen durch Genkorrektur mit Nanopartikel-gekoppelter messenger RNA.

Säuglinge, bei denen sich aufgrund eines Gendefekts die Lungen nicht entfalten können, sterben bereits im Alter von wenigen Monaten. Ihnen fehlt ein spezifisches Protein, das sogenannte Surfactant-Protein, das ein wichtiger Bestandteil des Flüssigkeitsfilms der Lunge ist. Mit einem Gentherapeutikum, das an Nanopartikel gekoppelt ist, könnte die Überlebenszeit erhöht werden.


Lungenzellen von Mäusen (grau dargestellt) nach der Verabreichung des Gentherapeutikums zum dauerhaften Einbau der gewünschten Gensequenz: Nanopartikel (grün) mit gekoppelter messenger RNA werden von Lungenzellen aufgenommen (Zellkerne blau dargestellt).

Es handelt sich hierbei um eine mikroskopische Aufnahme der Fa. Zeiss: Für diese sehr spezielle und aufwändige korrelative Mikroskopie bildet man die transfizierten Zellen zuerst über ein konfokales Mikroskop ab; anschließend wird die Probe in ein Rasterelektronenmikroskop überführt und beide Bilder exakt zusammengefügt. Die Autoren der Publikation danken der Firma Zeiss für diese hervorragende Arbeit und Aufnahme.

Pressefoto (Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung GmbH Braunschweig)

Dies haben nun erstmals Wissenschaftler des Universitätsklinikums Tübingen und des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) – eine gemeinsame Einrichtung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und der Universität des Saarlandes – gezeigt. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftler im Journal Nature Biotechnology veröffentlicht.

Damit unsere Lunge komplikationsfrei atmen kann, sind die Lungenbläschen (Alveolen) mit einem Flüssigkeitsfilm ausgekleidet. Dieser setzt die Oberflächenspannung herab und vermindert so den Widerstand beim Einatmen, wodurch sich die Lunge entfalten kann.

Der von der Lunge produzierte Flüssigkeitsfilm besteht aus dem sogenannten Surfactant, einem Gemisch aus verschiedenen Lipiden und spezifischen Proteinen. Bei einer Surfactant-Protein-B (SP-B) Defizienz fehlt das Surfactant-Protein: Es kommt zu einer Entfaltungsstörung der Lunge, was den Gasaustausch stark behindert und nach der Geburt zu Atemversagen führt. Die seltene, genetisch bedingte Erkrankung verläuft immer tödlich. Unter einer Million Neugeborenen sind fünf betroffen.

Um genetische Erkrankungen wie diese zu besiegen, setzen Wissenschaftler auf Gentechnik. „Gentherapie und Genkorrektur sind hochmoderne neue Therapiemöglichkeiten für Patienten mit schweren, vererbten Erkrankungen. Wir arbeiten daran, kranke Gene sicher und effizient durch die gesunden Varianten zu ersetzen“, sagt Prof. Michael Kormann, Juniorprofessor für translationale Genomik und Gentherapie an der Tübinger Universitätskinderklinik.

Den Tübinger Forschern gelang es, das Erbgut von Mäusen so zu verändern, dass Tiere mit SP-B Defizienz, die sonst nach drei Tagen starben, einen Monat lang überlebten. „Wir haben das Genom in den Lungenzellen der Tiere so umprogrammiert, dass die Lungen das Surfactant-Protein herstellen können“, sagt Kormann. Dazu müssen zwei gentherapeutische Maßnahmen gleichzeitig eingeleitet werden: Zum einen muss das „gesunde“ Gen in die Zelle der erkrankten Tiere eingebracht werden.

Zum anderen muss die gewünschte Gensequenz auch dauerhaft im Genom eingebaut werden. Für diesen Vorgang wird kurzzeitig ein bestimmtes Enzym, eine sogenannte Nuklease, benötigt. Damit die Nuklease codiert werden kann, wird ein zweites Gentherapeutikum verabreicht. Hierfür entwickelten Michael Kormann und seine Arbeitsgruppe modifizierte Boten-RNA-Stränge, die über Nanopartikel in die Lunge geschleust werden.

Die Nanopartikel wurden von Dr. Brigitta Loretz und Prof. Claus-Michael Lehr, Leiter der Abteilung „Drug Delivery“ am HIPS und Professor an der Saar-Universität, hergestellt. Sie bestehen ausschließlich aus natürlichen, biologisch abbaubaren Polymeren. „Solche Partikel haben den Vorteil, dass sie genau definierbare physikalisch-chemische Eigenschaften besitzen. Darüber hinaus sind sie weniger risikobehaftet als Gentransfer-Systeme, die auf Viren beruhen“, erklärt Lehr.

Die durchgeführte Tierstudie ist die erste in vivo gezeigte, lebensverlängernde Genkorrektur der Lunge. Der Effekt hielt allerdings nur an, solange nicht bereits zu viele Lungenzellen wieder durch neue Zellen ersetzt wurden, was etwa einen Monat dauert. Um die Überlebenszeit darüber hinaus zu verlängern, müssten Lungenstammzellen auf eine ähnliche Weise korrigiert werden. Die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass dies gelingen und man Surfactant-Protein-B Defizienz mit diesem Ansatz langfristig vollständig besiegen kann.

Dieser Fragestellung und der gentechnischen Korrektur von Mukoviszidose will sich die Arbeitsgruppe um Michael Kormann als nächstes widmen. Die Kooperation mit Claus-Michael Lehr und dem HIPS soll dabei weiter ausgebaut werden. Kormann wurde 2014 vom Europäischen Forschungsrat (European Research Council – ERC) bereits mit einem Starting Grant von 1,49 Millionen Euro zur Erforschung von Gentherapien bei Lungenerkrankungen ausgezeichnet.

Titel der Originalpublikation

In vivo genome editing using nuclease-encoding mRNA corrects SP-B deficiency
DOI 10.1038/nbt.3241

Autoren Azita J. Mahiny1§, Alexander Dewerth1§, Lauren E. Mays1§, Mohammed Alkhaled1, Benedikt Mothes2, Emad Malaeksefat3, Brigitta Loretz3, Jennifer Rottenberger1, Darina M. Brosch1, Philipp Reautschnig1, Pacharapan Surapolchai1, Franziska Zeyer1, Andrea Schams4, Melanie Carevic1, Martina Bakele1, Matthias Griese4, Matthias Schwab5, Bernd Nürnberg2, Sandra Beer-Hammer2, Rupert Handgretinger1, Dominik Hartl1, Claus-Michael Lehr3, Michael S.D. Kormann1*.
§ These authors contributed equally to the work
* korrespondierender Autor

Medienkontakte

Universitätsklinikum Tübingen
Klinik für Kinder- und Jugendmedizin (Abt. I)
Sektion Pädiatrische Infektiologie und Immunologie
AG Translationale Genomik und Gentherapie in der Pädiatrie
Jun.-Prof. Dr. rer. nat. Michael S. D. Kormann
Lothar-Meyer-Bau, Wilhelmstr. 56, 72074 Tübingen
Tel. 07071 29-76774
E-Mail: michael.kormann@med.uni-tuebingen.de
www.kormann-lab.de

Universität des Saarlandes:
Prof. Dr. Claus-Michael Lehr
Biopharmazie und Pharmazeutische Technologie
Tel. 0681 302-3039
E-Mail: lehr@mx.uni-saarland.de
www.helmholtz-hzi.de/lehr/

Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung mit Direktanwahl oder über ARD-Sternpunkt 106813020001). Interviewwünsche zu Prof. Lehr bitte an die Pressestelle (0681 302-4582) richten.

Weitere Informationen:

http://www.kormann-lab.de
http://www.helmholtz-hzi.de/lehr/

Dr. Ellen Katz | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung
26.04.2017 | Universität Ulm

nachricht Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt
26.04.2017 | Universität Basel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

200 Weltneuheiten beim Innovationstag Mittelstand in Berlin

26.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Akute Myeloische Leukämie: Ulmer erforschen bisher unbekannten Mechanismus der Blutkrebsentstehung

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Naturkatastrophen kosten Winzer jährlich Milliarden

26.04.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Zusammenhang zwischen Immunsystem, Hirnstruktur und Gedächtnis entdeckt

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie