Untersuchungen zum Einfluss biophysikalischer Stimuli auf die Differenzierung und Reifung von aus humanen embryonalen Stammzellen abgeleiteten Kardiomyozyten
Genehmigungsinhaberin Professor Dr.
Das Forschungsvorhaben ist eine Ergänzung des durch das RKI am 20.12.2002 genehmigten Forschungsvorhabens und ist wie dieses auf dem Gebiet der Gewinnung und Transplantation neuraler Vorläuferzellen aus humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) angesiedelt. Das Projekt lässt sich in zwei Teilprojekte untergliedern: Das erste Teilprojekt beinhaltet die optimierte Differenzierung neuraler Zellen aus hES-Zellen sowie deren Charakterisierung mit Hilfe folgender Methoden: Die hES-Zellen werden mit einem selektierbaren Marker- bzw. Reportergen genetisch so modifiziert, dass die Expression dieser Gene nur in Zellen der neuralen Zelllinie erfolgen kann und neurale Zellen auf Grundlage dieser lineage selection-Strategie angereichert werden können Nach Anreicherung neuraler Zellen soll das Transgen dann über Proteintransduktion von Rekombinasen wieder aus entfernt werden. Anschließend soll untersucht werden, ob sich die gewonnenen neuralen Vorläuferzellen durch Ko-Kultivierung mit Zellen aus bestimmten Hirnarealen von Mausembryonen in bestimmte neurale Zelltypen differenzieren lassen. Weiterhin sollen Gene, die die Differenzierungs-, Migrations- und Myelinisierungsfähigkeit der aus hES-Zellen abgeleiteten neuralen Vorläuferzellen verbessern, in diesen überexprimiert werden. Es soll weiterhin überprüft werden, ob angereicherte neurale Zellen, die aus hES-Zellen gewonnen wurden, sich funktionell in das Gehirn von Ratten integrieren können und dort funktionsfähig sind. Die Transplantation neuraler Vorläuferzellen soll in vitro in Gewebekulturen von Hirnschnitten von Ratten, in Gehirne von fötalen Ratten während der späten Fötalentwicklung sowie in neonatale und adulte Ratten erfolgen. Zur Evaluierung der Integrations-, Funktions-, und Reparaturfähigkeit der hES-Zell-abgeleiteten neuralen Zellen sollen diese auch in das Gehirn von Tiermodellen für neurodegenerative Krankheiten transplantiert werden. Für diese Untersuchungen ist die Nutzung von Mausmodellen für die Multiple Sklerose und für metachromatische Leukodystrophy, bei denen bestimmte myelinierende Zellen zerstört werden, sowie für die Huntington’sche Krankheit, bei der bestimmte Neurone des Striatums zerstört werden, vorgesehen. Für den Einsatz im Modell für die metachromatische Leukodystrophie sollen die transplantierten Zellen das krankheitsauslösende, im Tiermodell fehlende Gen exprimieren. Anmerkung: Bei den in fötale Ratten transplantierten Zellen handelt es sich um neurale Vorläuferzellen, die nur noch über ein im Vergleich zu hES-Zellen deutlich eingeschränktes Entwicklungsvermögen verfügen. Die Ratten befinden sich zum Zeitpunkt der Transplantation in einer späten Phase der fötalen Entwicklung. Durch die Vermischung neuraler Zellen aus dem Menschen und der Ratte entsteht zwar ein somatischer Chimärismus. Jedoch selbst eine mögliche funktionale Integration der transplantierten Zellen in das Gehirn der Ratte lässt nach gegenwärtigem Kenntnisstand nicht erwarten, dass sich dadurch hochkomplexe Netzwerke zwischen den Neuronen beider Spezies bilden könnten, die eine über die Leistung der tierischen Spezies hinausgehende Funktion des Zentralnervensystems der Ratte bedingen würden. Das zweite Teilprojekt beinhaltet die Optimierung der Kultivierung von hES-Zellen unter standardisierten, automatisierten Bedingungen. Ziel die reproduzierbare Bereitstellung von hES-Zellen mit stabilen Eigenschaften für die Gewinnung neuraler Vorläuferzellen. Diese sollen dann, unter Testung verschiedener Bedingungen, in neuronale und gliale Zellen differenziert werden. Für eine standardisierte Kultivierung der hES-Zellen ist auch die Nutzung eines miniaturisierten Bioreaktors sowie die Optimierung der notwendigen Kulturbedingungen der Zellen vorgesehen. Ferner ist die Verwendung von Automaten zur besseren Kontrolle und Beurteilung der Zelldifferenzierung geplant. Darüber hinaus soll durch Überexpression von Genen, deren Produkte bei der Aufrechterhaltung von Pluripotenz eine wesentliche Rolle spielt, die Kultivierbarkeit der hES-Zellen verbessert werden. Bei dem Forschungsvorhaben wird mit einer voraussichtlichen Dauer von ca. 5 Jahren gerechnet.
Genehmigungsinhaber Professor Dr.
Ausgehend von den oben genannten hES-Zell-Linien des NIH-Registers soll eine Bibliothek von mutierten hES-Zell-Linien etabliert werden, wobei in jeder der Zell-Linien ein menschliches Gen mutiert ist. Dazu sollen sogenannten Genfallen-Vektoren genutzt werden, die auf viralen Vektoren beruhen, sich im Genom menschlicher Zellen in den 5’-Bereich bereits schwach exprimierter Gene integrieren und dadurch eine Funktionsverlust-Mutation verursachen. Nach Selektion, Vermehrung und Charakterisierung entsprechend mutierter Zell-Linien soll dann durch weitere Selektion eine Konversion zur Homozygozie bezüglich des mutierten Gens erreicht werden. Aufgrund der Beschaffenheit der Genfallen-Vektoren soll anschließend durch geeignete Manipulationsmaßnahmen erreicht werden, dass die Expression des betroffenen zellulären, gegebenenfalls verkürzten, aber noch funktionsfähigen Gens wieder aktiviert wird, wobei es möglich sein soll, die Expressionsstärke zu regulieren. Dadurch liegt dann zusätzlich zur Funktionsverlust-Mutante eine regulierbare Funktionsaktivierungs-Mutante vor. Die genetisch veränderten Zell-Linien sollen klonal vermehrt und der Integrationsort im Genom sowie das betroffene Gen für die jeweilige Linie ermittelt werden.
Genehmigungsinhaber Professor Dr. Harald v.
Die Verwendung der o. g. humanen embryonalen Stammzellen wurde für ein Projekt genehmigt, das die bereits im Rahmen eines anderen genehmigten Projektes durchgeführten Arbeiten zur Herstellung künstlichen Herzgewebes (engineered heart tissue, EHT) fortführt und vertieft. Durch die Verwendung verbesserter bzw. neuer Protokolle soll der Prozess der Differenzierung von hES-Zellen zu Herzzellen dabei effektiver als bislang gestaltet werden; die entstehenden Zellen sollen hinsichtlich ihres Transkriptoms und ihres Proteoms mit hES-Zellen verglichen, an der kardialen Differenzierung beteiligte Faktoren identifiziert und analysiert sowie Strategien zur Anreicherung kardial differenzierter Zellen erarbeitet werden. Durch Verwendung neuer Methoden für die Formierung der EHTs sollen eine Miniaturisierung und eine bessere Standardisierbarkeit der EHTs erreicht werden. Die EHTs sollen bezüglich zahlreicher Parameter in vitro charakterisiert, mit EHTs aus Zellen anderen Ursprungs verglichen und gegebenenfalls auch in vivo nach Transplantation in Nager bezüglich ihrer Funktionalität untersucht werden.
Genehmigungsinhaber Professor Dr.
Gegenstand der genehmigten Forschungsarbeiten sind detaillierte Untersuchungen der immunologischen Eigenschaften von hES-Zellen und von aus diesen abgeleiteten differenzierten Zellen. Dazu sollen auf hES-Zellen basierende Reporter-Zell-Linien hergestellt werden, die eine Beobachtung dieser Zellen und aus ihnen abgeleiteter Zellen nach Transplantation in Versuchstiere mittels Bio-Lumineszenz-Imaging ermöglichen. Die Expression von Genen, deren Produkte immunologisch relevant sind, soll in hES-Zellen analysiert, eine mögliche Veränderung dieser Expression im Laufe der kardialen Differenzierung ermittelt und die Frage untersucht werden, ob und inwieweit das infolge eines Myokard-Infarktes bestehende ischämische Milieu die Produktion immunologisch relevanter (Oberflächen)Moleküle in hES-Zellen beeinflussen kann. Es ist ferner vorgesehen, die nach allogener Transplantation von hES-Zellen ausgelöste Immunantwort im Tiermodell umfassend zu analysieren, wozu u. a. Mäuse mit einem humanisierten Immunsystem (sog. BLT-Mäuse) verwendet werden sollen. Es ist zudem geplant, Strategien zur (vorzugsweise nicht-genetischen) Modifikation von hES-Zellen zu entwickeln, die es ermöglichen sollen, die Immunantwort auf hES-Zellen bzw. auf aus ihnen abgeleitete Zellen zu unterdrücken oder zu vermindern.
Genehmigungsinhaberin Professor Dr. med.
Gegenstand der genehmigten Forschungsarbeiten ist die Untersuchung des Effektes von Mutationen in Genen, die für Mikrotubuli-Assoziierte Proteine (MAP) codieren, auf die neurale Differenzierung von hES-Zellen und auf die Entwicklung menschlicher neuronaler Organoide.
Genehmigungsinhaber Professor Dr.
Juni 2018) Das RKI trauert um Professor Dr. med.
Die genehmigten Forschungsarbeiten erfolgen im Rahmen der Durchführung eines Projektes, das sich in zwei Teile gliedert. Gegenstand des ersten Projektteils ist die Etablierung und Optimierung von Protokollen für die Gewinnung kortikospinaler Motoneuronen (corticospinal motor neurons, CSMNs). Ziel der Arbeiten ist die Bereitstellung eines auf humanen Zellen basierenden Modellsystems, anhand dessen degenerative Motoneuronenerkrankungen, wie beispielsweise die amyotrophe Lateralsklerose (ALS) oder die heriditäre spastische Spinalparalyse (HSP), untersucht werden können. Hierzu soll ein Protokoll für die effiziente Differenzierung von humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen) in CSMNs erarbeitet und die gewonnenen Zellen bezüglich ihrer biochemischen, molekularen und funktionellen Eigenschaften umfassend in vitro charakterisiert werden. Im Anschluß daran sollen (mutierte) Gene, die eine Rolle bei der Pathogenese degenerativer Motoneuronenerkrankungen spielen, in den aus hES-Zellen gewonnenen Neuronen überexprimiert und damit ein Modell bereitgestellt werden, an dem ggf. die Pathogenese der jeweiligen Erkrankung untersucht werden kann. Schwerpunkt des zweiten Projektteiles ist die Untersuchung der Fragestellung, ob und inwieweit sich hES- Zellen und hiPS-Zellen bezüglich ihres Differenzierungspotentials in spezifische Typen neuraler Zellen gleichen bzw. unterscheiden. Dazu sollen hES-Zellen und humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) parallel in verschiedene neurale Zelltypen, wie beispielsweise dopaminerge oder cholinerge Neuronen oder Astrozyten, differenziert und die entstehenden Zellpopulationen charakterisiert werden. Für die vergleichenden Untersuchungen sollen sowohl hiPS-Zellen aus gesunden als auch aus von Motoneuronenerkrankungen betroffenen Patienten genutzt werden.
Genehmigungsinhaber Professor Dr. Dieter C.
Transplantation neuraler Vorläuferzellen aus humanen embryonalen Stammzellen“ wurde Herrn Professor
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