Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nächster Schritt für Zellersatztherapie bei Typ-1-Diabetes

29.11.2018

Wissenschaftler haben die Signale identifiziert, die die Entwicklung unreifer Bauchspeicheldrüsenzellen bestimmen. Die im Fachmagazin ‚Nature‘ publizierten Ergebnisse können den Weg ebnen, um aus Stammzellen Insulin produzierende Bauchspeicheldrüsenzellen herzustellen – ein wichtiger Ansatz zur Zellersatztherapie bei Typ-1-Diabetes. Geleitet wurde die Studie von Prof. Dr. Henrik Semb, der sich kürzlich dem Helmholtz Zentrum München angeschlossen hat. Im Video erklärt er die Hintergründe der Arbeit: https://vimeo.com/303012751

Bei Typ-1-Diabetes handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung, die die Insulin produzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) zerstört. Aktuelle Ansätze verfolgen das Ziel, diese mit Hilfe von Stammzellen zu ersetzen.


Aufnahme einer ex vivo kultivierten embryonalen Pankreas-Knospe: Die Behandlung mit dem YAP-Inhibitor Verteporfin führt zur vermehrten Bildung endokriner Zellen (rot und grün).

© DanStem

Bisher fußt dieses Verfahren allerdings größtenteils auf empirisch gefundenen Substanzen, deren genaue Wirkungsweise oft unbekannt ist. „Uns ist es nun gelungen, die grundsätzlichen Signale herauszuarbeiten, die darüber entscheiden, ob eine Vorläuferzelle sich zu einer endokrinen - also Hormon produzierenden - oder zu einer Gerüstzelle entwickelt“, sagt Prof. Dr. Henrik Semb.

Er ist Direktor des Instituts für Translationale Stammzellforschung am Helmholtz Zentrum München und Professor am Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Biology (DanStem) an der Universität Kopenhagen.

“Wie in einem Flipperautomaten bewegen sich die Zellen im Pankreas hin und her, wodurch sich ihre Umgebung, die extrazelluläre Matrix, ständig verändert. So wie sich im Spiel die Punktzahl durch die Kontakte innerhalb des Automaten erhöht, verändert sich die Entwicklung der Zellen durch das Ausmaß ihrer Kontakte mit bestimmten Komponenten der extrazellulären Matrix“, erklärt Semb.

Einzelzellanalyse gibt entscheidenden Hinweis

Durch ihr dynamisches Verhalten innerhalb der Bauchspeicheldrüse sind die Vorläuferzellen jedoch schwierig zu studieren. Dieses Problem konnten die Wissenschaftler nun umgehen, indem sie die Situation experimentell nachbauten: Sie brachten aus Stammzellen erzeugte Vorläuferzellen einzeln auf Glasplättchen auf. Darauf aufgedruckt befanden sich verschiedene Proteine der extrazellulären Matrix.

„Zu unserer Überraschung stellten wir fest, dass durch den Kontakt mit unterschiedlichen Matrixproteinen sich die mechanischen Kräfte in den Vorläuferzellen verändern: Kontakt mit dem Protein Laminin verringerte die mechanische Spannung in den Vorläuferzellen und steuerte sie in Richtung endokriner Zellen.“ Umgekehrt führte Kontakt mit dem Protein Fibronektin zu einer höheren mechanischen Spannung und zur Bildung von Gerüstzellen, die kein Insulin produzieren.

Durch weitere detaillierte Untersuchungen konnte das Team um die beiden Erstautoren Dr. Anant Mamidi und Dr. Christy Prawiro die molekularen Hintergründe dieses Signalwegs entschlüsseln* und dessen Relevanz bereits in vivo, also während der eigentlichen Pankreasentwicklung, überprüfen.

„Wir können jetzt zahlreiche Substanzen aus bisherigen Protokollen zur Herstellung von Pankreaszellen beiseitelassen, bei denen nicht klar war, wie genau sie auf die Zellen wirken. Stattdessen setzen wir nun Moleküle ein, bei denen wir genau wissen, über welche spezifischen Komponenten des neu identifizierten Signalweges sie wirken“, erklärt Henrik Semb.

„So können wir diesen Prozess im Labor nachbauen und versuchen, Insulin produzierende Betazellen nun kosteneffektiv und zuverlässig aus menschlichen Stammzellen herzustellen. Langfristig möchten wir so Zellen ersetzen, die durch Krankheiten wie Typ-1-Diabetes verloren gegangen sind.“

Weitere Informationen

* Konkret zeigten die Wissenschaftler, dass die Komponenten der extrazellulären Matrix über einen Integrin-Rezeptor ein Signal in die Zelle hinein senden. Dies wiederum führt zu Änderungen mechanischer Kräfte, die über das Actin-Zytoskelett übertragen werden.

Das yes-assoziierte Protein (YAP) nimmt diese Kräfte wahr und schaltet entsprechend spezifische Gene an oder aus. Diese Signalkaskade bestimmt letztendlich das Entwicklungsschicksal der Vorläuferzelle. “Besonders spannend ist für uns, dass unsere Daten eine Frage beantworten, die unser Forschungsfeld seit Jahrzehnten umtreibt“, so Henrik Semb.

„Wie reifen manche Vorläufer zu Gerüstzellen, während andere durch Aktivierung des sogenannten Notch-Signalwegs zu endokrinen Zellen werden.“ Die Wissenschaftler zeigen, dass die vermeintlich zufällige Steuerung dieses Signalwegs in Wahrheit durch den Kontakt der Vorläuferzellen mit der extrazellulären Matrix und den mechanosensitiven Gen-Regulator YAP vermittelt wird.

Verwandte Artikel:
Prof. Dr. Henrik Semb leitet neu gegründetes Institut für Translationale Stammzellforschung
https://www.helmholtz-muenchen.de/presse-medien/pressemitteilungen/alle-pressemi...
Deutsch-dänischer Brückenschlag im Kampf gegen Diabetes
https://www.helmholtz-muenchen.de/presse-medien/pressemitteilungen/alle-pressemi...

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus, Allergien und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören. http://www.helmholtz-muenchen.de

Ziel des Instituts für Translationale Stammzellforschung (ITS) ist eine Zellersatztherapie bei Typ-1-Diabetes. Konkret möchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler menschliche pluripotente Stammzellen (hPSCs) einsetzen, um daraus Insulin produzierende Betazellen herzustellen. Kurzfristiges Etappenziel dabei ist die sachgemäße Herstellung der Zellen nach definierten Standards der guten Herstellungspraxis. Dabei arbeitet das ITS eng mit der Universität Kopenhagen zusammen. http://www.helmholtz-muenchen.de/its

Ansprechpartner für die Medien:
Abteilung Kommunikation, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg - Tel. +49 89 3187 2238 - E-Mail: presse@helmholtz-muenchen.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Tor Henrik Semb, Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Institut für Translationale Stammzellforschung, Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg - Tel. +49 89 3187-49133 – E-Mail: henrik.semb@helmholtz-muenchen.de

Originalpublikation:

Original-Publikation
Mamidi, A. & Prawiro, C. et al. (2018): Mechanosignalling via integrins directs fate decisions of pancreatic progenitors. Nature, DOI: 10.1038/s41586-018-0762-2

Weitere Informationen:

https://vimeo.com/303012751

Sonja Opitz | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chemiker lassen Bor-Atome wandern
17.01.2020 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Infektiöse Proteine bei Alzheimer
17.01.2020 | Klinikum der Universität München

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: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Im Focus: Fraunhofer IAF establishes an application laboratory for quantum sensors

In order to advance the transfer of research developments from the field of quantum sensor technology into industrial applications, an application laboratory is being established at Fraunhofer IAF. This will enable interested companies and especially regional SMEs and start-ups to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements. Both the state of Baden-Württemberg and the Fraunhofer-Gesellschaft are supporting the four-year project with one million euros each.

The application laboratory is being set up as part of the Fraunhofer lighthouse project »QMag«, short for quantum magnetometry. In this project, researchers...

Im Focus: Wie Zellen ihr Skelett bilden

Wissenschaftler erforschen die Entstehung sogenannter Mikrotubuli

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Chemiker lassen Bor-Atome wandern

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Infektiöse Proteine bei Alzheimer

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

17.01.2020 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics