Wissenschaftler heilen Diabetes bei Mäusen mit im Labor gezüchteten Insulinzellen

Wissenschaftler in Schweden haben eine zuverlässigere Methode entwickelt, um aus menschlichen Stammzellen insulinproduzierende Zellen zu züchten, was den Bemühungen zur Behandlung von Typ-1-Diabetes neuen Schwung verleiht. Die in Stem Cell Reports veröffentlichte Studie zeigt, dass diese im Labor gezüchteten Zellen in Versuchen den Blutzuckerspiegel wirksam regulieren und bei Mäusen sogar den Diabetes rückgängig machen können.

Tückischer Typ-1-Diabetes

Typ-1-Diabetes ist eine chronische Autoimmunerkrankung, bei der das körpereigene Immunsystem fälschlicherweise die sogenannten Betazellen in der Bauchspeicheldrüse angreift. Diese Zellen produzieren normalerweise das Hormon Insulin, das benötigt wird, um Zucker aus dem Blut in die Körperzellen zu transportieren und dort als Energie zu nutzen. Werden die Betazellen zerstört, kann der Körper kein oder nur noch sehr wenig Insulin herstellen. Dadurch steigt der Blutzuckerspiegel dauerhaft an.

Reifere und funktionsfähigere Insulinzellen

Da Typ-1-Diabetes entsteht, wenn das Immunsystem die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse angreift und zerstört, gilt der Ersatz dieser verlorenen Zellen seit langem als vielversprechende Lösung, doch frühere Versuche, sie aus Stammzellen zu züchten, führten zu uneinheitlichen Ergebnissen. „Wir haben eine Methode entwickelt, mit der sich aus verschiedenen menschlichen Stammzelllinien zuverlässig hochwertige insulinproduzierende Zellen gewinnen lassen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für künftige patientenspezifische Zelltherapien, die das Risiko einer Immunabstoßung verringern könnten“, sagte Per-Olof Berggren, Professor am Institut für Molekulare Medizin und Chirurgie des Karolinska-Instituts und zusammen mit Siqin Wu, Forscher bei Spiber Technologies AB (zuvor am Karolinska-Institut), korrespondierender Autor.

Der neue Ansatz verbessert die Herstellung der Zellen deutlich und führte zu insulinproduzierenden Zellen, die sowohl reifer als auch funktionell stabiler waren als jene aus früheren Verfahren. Die Forscher orientierten sich dabei stärker an den natürlichen Entwicklungsprozessen der Bauchspeicheldrüse im menschlichen Körper. Dadurch ähnelten die erzeugten Zellen den natürlichen Betazellen stärker und konnten präziser auf Veränderungen des Blutzuckers reagieren. In Laborexperimenten setzten die Zellen Insulin frei und zeigten eine ausgeprägte Reaktion auf steigende Glukosewerte. Dies gilt als entscheidend, da viele frühere Stammzellverfahren zwar insulinähnliche Zellen hervorbrachten, diese jedoch oft nur eingeschränkt oder unzuverlässig funktionierten.

Nach der Transplantation in diabetische Mäuse verbesserten die Zellen schrittweise die Fähigkeit der Tiere, ihren Blutzucker zu regulieren. Die Wissenschaftler beobachteten, dass die transplantierten Zellen nicht nur überlebten, sondern sich weiterentwickelten und zunehmend Eigenschaften gesunder menschlicher Betazellen annahmen. Besonders bemerkenswert war, dass die Zellen über mehrere Monate hinweg aktiv blieben und kontinuierlich Insulin produzierten. Dies deutet darauf hin, dass die Methode langfristig stabilere Therapieansätze ermöglichen könnte als bisherige experimentelle Verfahren.

Personalisierte Zelltherapien

Die Forscher platzierten die Zellen in der Vorderkammer des Auges der Mäuse – einem Bereich zwischen Hornhaut und Iris. Dieser ungewöhnliche Ort wird in der Forschung häufig genutzt, weil er gut durchblutet ist und gleichzeitig eine direkte Beobachtung der transplantierten Zellen ermöglicht. Mithilfe spezieller bildgebender Verfahren konnten die Wissenschaftler nahezu in Echtzeit verfolgen, wie sich die Zellen entwickelten, vernetzten und auf Veränderungen des Blutzuckers reagierten. Dadurch ließ sich die Funktion der transplantierten Zellen wesentlich genauer untersuchen als bei herkömmlichen Transplantationsmethoden. „Dies ist eine Technik, mit der wir die Entwicklung und Funktion der Zellen im Laufe der Zeit auf minimalinvasive Weise überwachen“, so Per-Olof Berggren. „Wir beobachteten, dass die Zellen nach der Transplantation allmählich reiften und ihre Fähigkeit zur Regulierung des Blutzuckers über mehrere Monate beibehielten, was ihr Potenzial für zukünftige Behandlungen belegt.“

Die Forscher betonen jedoch, dass bis zu einer möglichen Anwendung beim Menschen noch weitere Untersuchungen notwendig sind. Künftige Studien sollen unter anderem klären, wie sicher die Zellen langfristig sind, wie gut sie sich vor Angriffen des Immunsystems schützen lassen und ob sich die Methode in größerem Maßstab reproduzieren lässt. Langfristig könnte die Technologie jedoch den Weg für personalisierte Zelltherapien ebnen, bei denen aus patienteneigenen Stammzellen neue insulinproduzierende Zellen hergestellt werden. Dadurch ließe sich möglicherweise der Bedarf an dauerhaften Insulininjektionen reduzieren und zugleich das Risiko einer Immunabstoßung verringern.

Langjährige Herausforderungen meistern

Stammzelltherapien für Typ-1-Diabetes werden bereits in klinischen Studien getestet, stehen jedoch vor mehreren Hürden. Ein großes Problem war bisher, dass sich Stammzellen oft zu einer Mischung aus nützlichen und unerwünschten Zelltypen entwickeln, was die Risiken erhöhen kann. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass im Labor gezüchtete Insulinzellen oft nicht ausgereift genug sind, um effektiv auf Glukose zu reagieren. Um diese Probleme anzugehen, verfeinerten die Forscher den Kulturprozess und ermöglichten es den Zellen, natürliche dreidimensionale Cluster zu bilden. Dieser Schritt reduzierte die Anzahl unerwünschter Zelltypen und verbesserte die Reaktion der Zellen auf Glukose.