- Ein australisches Forschungsteam hat TNT-Reprogrammierung entwickelt, die menschliche somatische Zellen in einen Zustand zurückversetzt, der embryonalen Stammzellen ähnlicher ist, und damit ein altes Problem der regenerativen Medizin adressiert
- Beim bisherigen Verfahren zur Erzeugung induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS) bleiben oft das epigenetische Gedächtnis der ursprünglichen Zelle und weitere Anomalien zurück, was zu funktionellen Unterschieden gegenüber embryonalen Stammzellen führen kann
- Der TNT-Ansatz ahmt den epigenomischen Reset der frühen Embryonalentwicklung nach und fügt während der Reprogrammierung einen neuen Reset-Schritt an dem Punkt ein, an dem Anomalien entstehen
- TNT-iPS-Zellen waren menschlichen embryonalen Stammzellen molekular und funktionell ähnlicher als herkömmliche iPS-Zellen und differenzierten sich besser etwa zu neuronalen Vorläuferzellen
- Das Verfahren könnte den Standard für Zelltherapien und biomedizinische Forschung anheben, doch die genauen molekularen Mechanismen epigenomischer iPS-Anomalien und ihrer Korrektur müssen weiter erforscht werden
Das Problem, auf das die TNT-Reprogrammierung zielt
- In einem Nature-Artikel stellte ein australisches Forschungsteam eine neue Reprogrammierungsmethode vor, die menschliche Zellen embryonalen Stammzellen ähnlicher macht
- Seit Mitte der 2000er Jahre ist bekannt, dass sich auch somatische Zellen erwachsener Menschen, also nicht nur Keimzellen, künstlich in einen embryonalen Stammzellen ähnlichen Zustand reprogrammieren lassen
- Werden menschliche somatische Zellen wie Hautzellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) umgewandelt, lassen sich damit praktisch unbegrenzt embryonalen Stammzellen ähnliche Zellen für Krankheitsmodellierung, Wirkstoff-Screening und zellbasierte Therapien erzeugen
- Allerdings kann die bisherige Reprogrammierung in iPS-Zellen das epigenetische Gedächtnis des ursprünglichen somatischen Zellzustands sowie andere epigenetische Anomalien hinterlassen
- Diese Unterschiede führen zu funktionellen Abweichungen zwischen iPS-Zellen und den embryonalen Stammzellen, die sie nachbilden sollen
- Die Unterschiede können sich auch in spezialisierten, aus iPS-Zellen abgeleiteten Zellen fortsetzen und so ihren Einsatzbereich einschränken
Funktionsweise des TNT-Verfahrens und Studienergebnisse
- Die transient-naive-treatment-(TNT)-Reprogrammierung ahmt den epigenomischen Reset nach, der in sehr frühen Stadien der Embryonalentwicklung stattfindet
- Das Forschungsteam analysierte, wie sich das Epigenom somatischer Zellen über den gesamten Reprogrammierungsprozess hinweg verändert, und identifizierte den Zeitpunkt, an dem epigenetische Anomalien auftreten
- Anschließend wurde ein neuer epigenomischer Reset-Schritt eingeführt, der diese Anomalien vermeiden und das Zellgedächtnis löschen soll
- Die neu erzeugten menschlichen TNT-iPS-Zellen waren menschlichen embryonalen Stammzellen näher als iPS-Zellen aus herkömmlichen Verfahren
- Sowohl in ihren molekularen als auch funktionellen Eigenschaften waren sie ähnlicher
- Auch die Differenzierung in verschiedene Zelltypen wie neuronale Vorläuferzellen gelang besser als bei iPS-Zellen aus Standardverfahren
- Die TNT-Methode könnte Probleme verringern, die bei der bisherigen Erzeugung von iPS-Zellen entstehen, und damit Folgen abmildern, die unbehandelt langfristig für Zelltherapien schädlich sein könnten
- Die genauen molekularen Mechanismen, durch die epigenomische iPS-Anomalien entstehen und korrigiert werden, sind noch nicht vollständig geklärt und erfordern weitere Forschung
- Der vollständige Artikel ist hier zu finden: Transient naive reprogramming corrects hiPS cells functionally and epigenetically
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Eine wirklich interessante Studie. Der Titel ist etwas ungenau: Kurz gesagt wusste man bereits, wie man aus nicht-stammzellartigen menschlichen Zellen induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) erzeugt, aber sie funktionierten nicht ganz so stammzelltypisch wie embryonale Stammzellen (ESC).
Der Kern dieser Arbeit ist nicht, dass sie eine neue Methode zur Erzeugung von Stammzellen vorstellt, sondern dass sie epigenetische Faktoren untersucht, die verhindern, dass iPSCs sich wie ESCs verhalten, Unterschiede und Anomalien in bestimmten epigenetischen Mustern identifiziert und dann eine Technik entwickelt hat, um diese Anomalien zurückzusetzen und die Zellen besser funktionieren zu lassen.
Zur Einordnung: DNA kodiert Proteine und RNA, aber der Grund, warum Hautzellen und Neuronen trotz derselben DNA unterschiedlich sind, liegt darin, dass es eine Regulierungsebene gibt, die steuert, welche Gene in welchem Ausmaß und in welcher Form exprimiert werden. Wenn solche regulatorischen Zustände über Zellgenerationen hinweg weitergegeben werden, nennt man das Epigenetik.
Meine persönliche Vermutung: Für bessere iPSCs in der Forschung ist das sehr interessant, aber unklar ist, welche Auswirkungen es auf medizinische Anwendungen haben wird. iPSCs ähneln im Grunde Krebszellen, mit denen man extrem vorsichtig umgehen muss, und sie in den menschlichen Körper einzubringen ist heikel; auch diese Arbeit stellt keine neue Methode zur Stammzellerzeugung vor. Wenn die Reprogrammierung jedoch besser wird, könnte sie leichter kontrollierbar und möglicherweise sicherer oder funktionaler werden.
Natürlich sind iPSCs nicht die eigentlich gewünschten Zellen, sondern ein Zellmodell, aber oft sind sie besser als immortalisierte Zelllinien oder Leichengewebe.
Das ist nichts, was der Körper von selbst leisten kann, und es ist auch einer der Ansätze, die in der Krebstherapie genutzt werden, um die Zahl der Immunzellen zu erhöhen. Nebenbei: Melatonin erhöht die Freisetzung von Stammzellen aus dem Knochenmark, daher scheint ausreichend Schlaf über das ganze Leben hinweg ebenfalls wichtig zu sein.
Sich vorzustellen, dass der Entwicklungsprozess einer Zelle vollständig umkehrbar ist, ist ein ziemlich großer Sprung, aber es könnte möglich sein. Der zentrale Satz, auf den man in dieser Studie achten sollte, lautet: „Professor Polo sagte, dass die genauen molekularen Mechanismen der Anomalien im iPS-Epigenom und ihrer Korrektur noch nicht vollständig bekannt sind und dass weitere Forschung nötig ist, um sie zu verstehen.“
Die programmatische Präzision, die in die Fortpflanzung von Menschen oder Säugetieren eingeht, ist absurd hoch. Eine Zelle eines XY-Mannes und eine Zelle einer XX-Frau verschmelzen zu einer lebensfähigen Zygote, und diese eine Zelle enthält alle Informationen, die nötig sind, um sich zu einem Känguru, Wal, Menschen oder Nacktmull zu entwickeln.
Ein großer Teil des Entwicklungsprozesses hat damit zu tun, große Bereiche des Genoms selektiv zu inaktivieren. Eine Nervenzelle braucht vieles nicht, was eine Herzzelle benötigt. Diese Studie behauptet, dass eine solche selektive Inaktivierung rückgängig gemacht werden kann, aber wie das auf Ebene der molekularen Struktur geschieht, wissen wir noch nicht genau.
Am Ende deutet vieles darauf hin, dass die dreidimensionale Struktur des Genoms auf mehreren Ebenen wichtig ist, aber es scheint noch nicht viele gute Methoden zu geben, um sie experimentell sauber zu analysieren.
Im Bereich Langlebigkeit scheinen wir einem großen Durchbruch ziemlich nahe zu sein. Mit Stammzellen wird so etwas möglich.
„Das Ausmaß der durch einen Herzinfarkt verursachten Veränderungen ist zu groß, als dass das Herz sich selbst reparieren oder weiteren Schaden verhindern könnte. Doch eine Therapie mit kardial differenzierten Stammzellen hat zwei Drittel der krankheitsbedingten Veränderungen vollständig oder teilweise rückgängig gemacht, und 85 % aller vom Krankheitsgeschehen betroffenen Kategorien zellulärer Funktionen reagierten positiv auf die Behandlung“, sagte Andre Terzic vom Mayo Clinic Center for Regenerative Medicine.
https://newsnetwork.mayoclinic.org/discussion/mayo-clinic-re...
Bevor ich es nicht sehe, fällt es mir schwer, daran zu glauben.
Was bedeutet das?
Es steht oben auf der Startseite, aber es gibt keine Kommentare; offenbar wurde es von Laien wie mir hochgevotet, in der Hoffnung, dass es ein bedeutender Fortschritt ist. Es wäre schön, wenn jemand die tatsächliche Bedeutung erklären könnte.
Wenn wir solche Details verstehen, könnte das eines Tages dazu führen, unseren Körper zurückzusetzen, um die Lebensspanne stark zu verlängern, oder auch im Alter einen besseren Körper zu haben.
Dieser einzelne Schritt wird nicht sofort in eine medizinische Behandlung eingehen, aber wir erschließen gerade Grundlagenwissen, mit dem wir später arbeiten werden, und noch wissen wir nicht, wie mächtig es sein wird. Menschliches Altern, Langlebigkeit und Biomedizin halte ich für die wichtigste Arbeit.
„Our work shows that TNT reprogramming is a practical and scalable approach to overcome these intrinsic characteristics of hiPS cells, which is important for the clinical delivery of this technology.“
Frühere Stammzelltherapien mussten umfangreiche Selektionsprozesse durchlaufen, um Zellen zu erhalten, die sich passend zum Therapieziel entwickeln würden.
Wenn man ein bereits festgelegtes Schicksal löschen kann, reduziert das den Prozess erheblich und ermöglicht praktisch universelle oder nahezu universelle Stammzellen, deren Schicksal durch das umliegende Gewebe und Diffusionssignale bestimmt wird.
Selbst wenn wir irgendwann endlich einen Weg finden, das Altern aufzuhalten, bin ich bis dahin wahrscheinlich schon in meinen 90ern, was etwas schade ist.