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Stammzellen Verbesserte Methode zur Erzeugung virusfreier humaner iPS-Zellen

| Autor / Redakteur: Vi Chu* und Nick Asbrock* / Dr. Ilka Ottleben

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) bieten sowohl in der Forschung als auch bei klinischen Anwendungen neue Möglichkeiten. Forscher verwenden diese Zellen zum Testen neuer Medikamente und zum Toxizitätsscreening sowie als Krankheitsmodell.

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Abb. 1: Die Entwicklung der Reprogrammierungstechnologien gipfelte in der Entwicklung der synthetischen RNA-vermittelten Reprogrammierung (rechts außen), die die sicherste und effizienteste Methode zur Erzeugung von iPS-Zellen darstellt. Illustration adaptiert nach Juan A. Bernal, J. of Cardiovasc. Trans. Res. (2013) 6:956–968, July 2013.
Abb. 1: Die Entwicklung der Reprogrammierungstechnologien gipfelte in der Entwicklung der synthetischen RNA-vermittelten Reprogrammierung (rechts außen), die die sicherste und effizienteste Methode zur Erzeugung von iPS-Zellen darstellt. Illustration adaptiert nach Juan A. Bernal, J. of Cardiovasc. Trans. Res. (2013) 6:956–968, July 2013.
(Bild: Merck Millipore)

Die Forschung mit induzierten pluripotenten Stammzellen brachte neue wissenschaftliche Erkenntnisse, die es heute ermöglichen, patientenspezifische Zelltherapien zu schaffen und somit personalisierte Behandlungsansätze in der Medizin zu wählen.

Reprogrammierungstechniken

Obwohl die Wissenschaftler iPS-Zellen bereits für eine breite Palette von Anwendungen einsetzen, besteht gerade bei der Erzeugung dieser Zellen Bedarf an besseren Verfahren; eine konstant verfügbare Quelle für iPS-Zellen ist für eine effektive Forschung und etwaige therapeutische Anwendungen von entscheidender Bedeutung.

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Im Jahr 2006 entdeckte man, dass humane iPS-Zellen durch Induzieren der Expression von vier Reprogrammierungsfaktoren (OCT-4, SOX-2, KLF-4 und c-MYC) erzeugt werden können [1]. Seither sind viele unterschiedliche Reprogrammierungstechniken zur Herstellung von iPS-Zellen entwickelt worden, von denen jede einzelne ihre Vor- und Nachteile hat [2].

Die Technologien der ersten Generation, die auf dem Einsatz von retroviralen und lentiviralen Vektoren basierten, ermöglichten zwar eine hoch effiziente Reprogrammierung, boten jedoch nicht die nötige Kontrolle über die Integration ins Wirtsgenom. Cre-exzidierbare lentivirale Systeme brachten diesbezüglich eine Lösung, erforderten aber langwierige Subklonierungsprozeduren sowie einen Screening-Prozess, um die Exzision der Reprogrammierungsfaktoren zu gewährleisten.

Die Technologien der zweiten Generation verwendeten nicht integrierende episomale DNA-Plasmide, die transgenfrei waren, aber nicht über die hohe Reprogrammierungseffizienz wie die früheren retroviralen und lentiviralen Techniken verfügten.

Die dritte Generation der Technologien zur Herstellung von iPS-Zellen verwendete nicht integrierende Viren mit RNA-Genom in Negativstrangorientierung, die so genannten Sendai-Viren (SeV), die von hoch ansteckenden Infektionen des Atemtraktes von Mäusen, Hamstern, Meerschweinchen, Ratten und Schweinen stammten. Diese RNA-Viren produzierten integrationsfreie iPS-Zellen, boten eine hohe Reprogrammierungseffizienz und waren einfach in der Verwendung, doch war das verbleibende Sendai-Virus schwer aus den Zellen zu entfernen, sodass multiple Durchgänge klonaler Expansion und Analyse erforderlich waren. Abbildung 1 zeigt die Entwicklung der Reprogrammierungstechniken.

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