Eine Bauchspeicheldrüse in einer Kapsel

Vor vierzehn Jahren, in den dunkelsten Momenten der Stammzellenkriege, in denen amerikanische Wissenschaftler gegen das Weiße Haus von George W. Bush antraten, konnte man sich auf eine Gruppe von Befürwortern verlassen, die auf die Forschung mit Zellen aus menschlichen Embryonen drängten: Eltern von Kindern mit Typ 1 Diabetes. Motiviert von Wissenschaftlern, die ihnen sagten, dass diese Zellen zu erstaunlichen Heilungen führen würden, gaben sie Millionen für Fernsehwerbung, Lobbyarbeit und unzählige Anrufe beim Kongress aus.

Nun hat endlich der erste Test einer Typ-1-Diabetes-Behandlung mit Stammzellen begonnen. Im Oktober wurden einem Mann aus San Diego zwei Beutel mit im Labor gezüchteten Bauchspeicheldrüsenzellen, die aus menschlichen embryonalen Stammzellen gewonnen wurden, durch Einschnitte in seinen Rücken in seinen Körper eingeführt. Zwei weitere Patienten haben seitdem die Ersatz-Bauchspeicheldrüse erhalten, die von einer kleinen Firma in San Diego namens ViaCyte entwickelt wurde.



Dies ist ein bedeutender Schritt, auch weil die ViaCyte-Studie in den Vereinigten Staaten erst die dritte Behandlung mit embryonalen Stammzellen ist. Diese Zellen können nach der Entnahme aus menschlichen Embryonen im Frühstadium in einer Laborschale gezüchtet werden und behalten die Fähigkeit, sich in beliebige Zellen und Gewebetypen im Körper zu differenzieren. Eine andere Studie, die inzwischen abgebrochen wurde, behandelte mehrere Patienten mit Rückenmarksverletzungen (siehe Geron Shuts Down Pioneering Stem-Cell Program und Stem-Cell Gamble ), während Tests zur Transplantation von im Labor gezüchteten Netzhautzellen in die Augen von Menschen, die erblinden, noch im Gange sind (siehe Stammzellen scheinen bei der Behandlung von Augenkrankheiten sicher zu sein).

Typ-1-Diabetes trifft Kinder besonders hart. Wenn sie ihre Glukose nicht richtig handhaben, könnten sie Nerven- und Nierenschäden, Erblindung und eine verkürzte Lebensdauer erleiden.

Typ-1-Patienten müssen ihren Blutzucker ständig mit Fingerstichen überwachen, genau planen, wann und was sie essen, und sich routinemäßig Insulin spritzen, das die Bauchspeicheldrüse produzieren sollte. Insulin, ein Hormon, löst die Entfernung überschüssiger Glukose aus dem Blut zur Speicherung in Fett und Muskeln aus. Bei Typ-1-Diabetikern schafft es die Bauchspeicheldrüse nicht, weil ihr eigenes Immunsystem die Pankreasinseln angegriffen und zerstört hat, die winzigen Zellhaufen, die die insulinsezernierenden Betazellen enthalten.

Die Routine ist besonders hart für Kinder, aber wenn sie ihren Blutzucker nicht richtig kontrollieren, können sie Nerven- und Nierenschäden, Erblindung und eine verkürzte Lebensdauer erleiden. Doch trotz jahrelanger Forschung gibt es für Patienten immer noch nichts zu bieten, sagt Robert Henry, Arzt an der University of California, San Diego, dessen Zentrum die Operationen für ViaCyte durchführt.

Henry übertreibt den Fall leicht, aber nicht viel. Es gibt das so genannte Edmonton-Protokoll, eine chirurgische Technik, die erstmals in den USA beschrieben wurde New England Journal of Medicine im Jahr 2000. Es wurden Inseln verwendet, die von Leichen gesammelt wurden; Durch eine Transplantation gelang es den Ärzten der University of Alberta, alle sieben ihrer ersten Patienten ein ganzes Jahr lang von Insulin fernzuhalten.

Frühe Hoffnungen auf das Edmonton-Protokoll wurden jedoch schnell gedämpft. Nur etwa die Hälfte der behandelten Patienten hat Insulin langfristig abgesetzt, und das Verfahren, das in den USA noch als experimentell gilt, wird nicht von den Krankenkassen bezahlt. Es erfordert, dass die Empfänger lebenslang starke immunsupprimierende Medikamente einnehmen. Geeignete Spender-Bauchspeicheldrüsen sind äußerst knapp.

Der frühe Erfolg des Edmonton-Protokolls kam nur zwei Jahre nach der Entdeckung embryonaler Stammzellen im Jahr 1998. Diejenigen, die auf eine Heilung von Diabetes drängten, setzten sich schnell ein neues Ziel: So etwas wie das Edmonton-Protokoll mit der Technologie von im Labor gezüchteten Betazellen zu kombinieren, deren Vorräte theoretisch unendlich sind.

Diese biokompatible Kapsel wurde entwickelt, um hergestellte Pankreaszellen zu schützen.

Wir hatten den Konzeptnachweis, dass die Transplantation die Beta-Funktion und die Insulinunabhängigkeit wiederherstellt, sagt Richard Insel, wissenschaftlicher Leiter der Juvenile Diabetes Research Foundation (JDRF), einer gemeinnützigen Organisation mit 300.000 Mitgliedern. Es war also offensichtlich, dass eine große Zahl [von Menschen] davon profitieren würde, wenn wir eine andere nachfüllbare Zellquelle hätten.

Aus diesem Grund kämpfte die JDRF gegen die vom Weißen Haus Bush angedrohten Beschränkungen und warum ihre Mitglieder hinter einer Wählerinitiative in Kalifornien standen, die 2004 das California Institute for Regenerative Medicine gründete, eine staatliche Behörde, die autorisiert ist, 3 Milliarden Dollar für die Stammzellenforschung auszugeben. Das kalifornische Institut hat ViaCyte sechs Zuschüsse im Wert von 39 Millionen US-Dollar gewährt, mehr als jedes andere Unternehmen, und JDRF hat weitere 14 Millionen US-Dollar direkt investiert.

Obwohl die Idee, Ersatz-Betazellen zu züchten, konzeptionell einfach ist, hat es sich in der Praxis als schwieriger erwiesen, sie umzusetzen, als sich irgendjemand vorgestellt hat. Als ich vor 12 Jahren zum ersten Mal zu ViaCyte kam, war der Zellersatz durch Stammzellen so offensichtlich. Wir alle sagten: „Oh, das ist die niedrig hängende Frucht“, sagt Kevin D’Amour, der wissenschaftliche Leiter des Unternehmens. Aber es stellte sich heraus, dass es eine Kokosnuss war, kein Apfel.

Eine Herausforderung besteht darin, Stammzellen dazu zu bringen, sich in echte, funktionierende Bauchspeicheldrüsenzellen zu verwandeln, insbesondere in die insulinsezernierenden Betazellen. Da sich ein Rezept dafür als schwer fassbar herausstellte, besteht der Ansatz von ViaCyte darin, unreife Bauchspeicheldrüsenzellen zu züchten und sich darauf zu verlassen, dass der Körper die Arbeit übernimmt, sie in tatsächliche Betazellen umzuwandeln.

Das zweite Problem besteht darin, dem Immunsystem eines Patienten auszuweichen, das jede transplantierte Zelle angreift. Die Lösung von ViaCyte ist eine Plastiknetzkapsel, die mit etwa 40 Millionen der unreifen Bauchspeicheldrüsenzellen gefüllt wird, die es in seinem Labor in San Diego züchtet. Der Zweck der Kapsel besteht darin, die Killer-T-Zellen des Immunsystems auszusortieren, die zu groß sind, um durch das feine Netz zu gelangen, während es den transplantierten Zellen ermöglicht wird, Nahrung aus dem Blutkreislauf zu erhalten, sowie den Blutzucker zu erkennen und zu reagieren.

Einige Wissenschaftler sind davon überzeugt, dass Zellen in Beuteln die Antwort auf Typ-1-Diabetes sein werden.

Tierdaten, die ViaCyte letztes Jahr der US-amerikanischen Food and Drug Administration zur Verfügung gestellt hatte, um die Genehmigung für den Versuch am Menschen zu erhalten, zeigten, dass die Zellen erfolgreich Insulin, Glucagon (das als Reaktion auf niedrigen Blutzucker ausgeschüttet wird) und Somatostatin, ein Wachstumshormon, produzierten regulierten Blutzucker, zumindest bei Mäusen.

Obwohl die aktuelle Studie am Menschen hauptsächlich dazu gedacht ist, die Sicherheit zu testen, vermutet Henry, dass seine Patienten eine gewisse Verringerung ihres Bedarfs an injiziertem Insulin feststellen werden. Von dem ersten Patienten, dessen Identität nicht bekannt gegeben wurde, hat Henry bereits einen Testsack erhalten, der seiner Meinung nach ordnungsgemäß zu funktionieren schien. Niemand ist sicher, wie lange die implantierten Zellen überleben werden, aber es ist sicher, dass den Patienten regelmäßig neue Implantate eingesetzt werden müssten.

Mindestens zwei weitere Gruppen sagen, dass sie auch Diabetes bei Nagetieren unter Kontrolle gebracht haben und möglicherweise bald eigene Versuche starten. Eine davon ist BetaLogics Venture, eine Tochtergesellschaft des Arzneimittelgiganten Johnson & Johnson, die im vergangenen Jahr über die Umkehrung von Diabetes bei Mäusen unter Verwendung dessen berichtete, was in ihren Patenten als Gerüst auf Garnbasis in einer Polyesterhülle beschrieben wird. Was auch immer das genaue Gerät ist, es ist mit dem ausgesät, was der Johnson & Johnson-Wissenschaftler Alireza Rezania als Stadium-7-Zellen bezeichnet – nicht ganz reife Inseln, aber auch nicht so unreif wie die Vorläufer von ViaCyte.

Douglas Melton, ein Biologe an der Harvard University, der zwei Kinder mit Typ-1-Diabetes hat, befürchtet, dass das ViaCyte-System nicht funktionieren könnte. Er glaubt, dass sich Ablagerungen von fibrotischem, narbenartigem Gewebe auf den Kapseln festsetzen, den Zellen im Inneren Sauerstoff entziehen und ihre Fähigkeit blockieren, Zucker zu erkennen und Insulin freizusetzen. Melton glaubt auch, dass es bis zu drei Monate dauern könnte, bis unreife Zellen voll funktionsfähig sind. Und viele werden keine Betazellen, sondern enden als andere Arten von Pankreaszellen.

Laut Melton würde die Ineffizienz des Systems bedeuten, dass das Unternehmen ein Gerät von der Größe eines DVD-Players benötigen würde, um genügend Betazellen zu haben, um Diabetes wirksam zu behandeln. ViaCyte glaubt, dass 300 Millionen seiner Zellen oder etwa acht seiner Kapseln ausreichen würden. (Jede Kapsel enthält ein Zellvolumen, das kleiner ist als ein M&M-Bonbon.) Im vergangenen Oktober gab Meltons Gruppe bekannt, dass es ihr gelungen sei, voll ausgereifte, funktionsfähige Betazellen im Labor zu züchten, eine wissenschaftliche Premiere, die mehr als 10 Jahre lang erprobt und getestet wurde. Fehlerforschung. Melton glaubt, dass die Implantation reifer Zellen es einer bioartifiziellen Bauchspeicheldrüse ermöglichen würde, sofort mit der Arbeit zu beginnen.

Um seine Zellen einzukapseln, hat Melton mit dem Bioingenieur Daniel Anderson am MIT zusammengearbeitet, um eine eigene Kapsel zu entwickeln. Anderson möchte nicht genau sagen, wie es funktioniert, aber eine kürzlich von seinem Labor eingereichte Patentanmeldung beschreibt einen Behälter aus Schichten von Hydrogelen, von denen einige Zellen und andere entzündungshemmende Medikamente enthalten, um zu verhindern, dass die Kapsel mit fibrotischem Gewebe bedeckt wird. Sowohl Melton als auch Anderson sind zurückhaltend, wenn es um die Diskussion ihrer Ergebnisse geht. Wir haben einige Erfolge, auf die wir uns sehr freuen, sagt Anderson. Unter dem Strich haben wir Grund zu der Annahme, dass es möglich ist, Dougs Zellen in unseren Geräten zu verwenden und Diabetes bei Tieren zu heilen.

Nach den Stammzellenkriegen und einem Jahrzehnt des Versuchs, die Versprechen der Technologie in die Realität umzusetzen, sagt Henry, er sei überzeugt, dass Zellen in irgendeiner Art von Tüten die Antwort auf Typ-1-Diabetes sein werden. Er ist sich bewusst, dass die Heilung von Nagetieren keine Garantie dafür ist, dass die Technologie den Menschen hilft, aber er sagt, dass die klinische Studie, die er durchführt, ein weiterer in einer Reihe kleiner Schritte zu einem stark verbesserten Leben für Millionen von Menschen ist. Ich bin einfach so zuversichtlich, dass dies die Zukunft ist, sagt er.

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