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Wie werden Stammzellen für stammzellbasierte Therapien hergestellt?

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Ich habe eine erste Suche bei Google durchgeführt, aber nichts gefunden, wonach ich suche. Ich weiß, woher Stammzellen kommen und ein bisschen über ihren Differenzierungsgrad. Zum Beispiel werden embryonale Stammzellen immer noch zu mesenchymalen Stammzellen und was nicht. Ich verstehe auch, dass Epithelgewebezellen in einen pluripotenten Stammzellzustand umgewandelt werden können, jedoch mit sehr geringer Effizienz. Abgesehen davon, wie werden Stammzellen in den Mengen gewonnen, die für stammzellbasierte Therapien erforderlich sind, ohne dass sie sich während der Produktion differenzieren?


Ich habe deine Frage nicht genau verstanden. Wenn Sie fragen möchten, wie das Potenzial von Stammzellen erhalten werden kann, ja, es gibt mehrere Verbindungen, die Stammzellen erhalten können, wie z. B. Leukämie-Hemmfaktor (LIF). Soweit mir bekannt ist, besteht bei der Verwendung pluripotenter Stammzellen wie ES, iPS immer noch das Problem der Formatierung von Teratomen in vivo-Untersuchungen. Es bedeutet, dass die völlige Differenzierung pluripotenter Stammzellen noch erarbeitet werden muss.


Stammzellen und die Zukunft der regenerativen Medizin (2002)

Tsein Bericht befasst sich mit zentralen Fragen zur Biologie und zum therapeutischen Potenzial von menschlichen Stammzellen, undifferenzierten Zellen, aus denen spezialisierte Gewebe und Organe entstehen können. Das medizinische und wissenschaftliche Interesse an Stammzellen basiert auf dem Wunsch, eine Quelle für neues, gesundes Gewebe zu finden, um kranke oder verletzte menschliche Organe zu behandeln. Es ist bekannt, dass einige Organe, wie die Haut und die Leber, sich bei Beschädigung selbst regenerieren können, aber es ist noch nicht klar, warum und wie einige Gewebe diese Fähigkeit besitzen und andere nicht. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass Stammzellen ein Schlüssel zu diesen regenerativen Eigenschaften sind.

Es gibt bestätigte Quellen für Stammzellen in adulten Geweben wie Knochenmark, die die Fähigkeit zur Differenzierung in die verschiedenen Zelltypen dieses Gewebes während des gesamten Lebens eines Organismus aufrechterhalten. Zellen, die die Fähigkeit zur Teilung und Differenzierung in spezialisiertere Zellen verschiedener Gewebetypen beibehalten, sind jedoch beim Erwachsenen selten. Im Gegensatz dazu hat das scheinbar unbegrenzte Potenzial der undifferenzierten Zellen des frühen Embryos embryonale Stammzellen in den Fokus des wissenschaftlichen Interesses gerückt. Seit James Thomson von der University of Wisconsin-Madison 1998 die ersten Kulturen menschlicher embryonaler Stammzellen (ESC) entwickelte, wird wissenschaftlichen Berichten, die auf das therapeutische Potenzial von Stammzellen zur Behandlung verschiedener degenerativer Erkrankungen und Verletzungen hinweisen, zunehmende Aufmerksamkeit gewidmet (Thomson et al., 1998). Was heute als regenerative Medizin bekannt ist, versucht zu verstehen, wie und warum Stammzellen entstehen

TABELLE 1. Potenzielle US-Patientenpopulationen für stammzellbasierte Therapien

Die unten aufgeführten Erkrankungen treten in vielen Formen auf und daher könnte nicht jeder Mensch mit diesen Erkrankungen potenziell von stammzellbasierten Therapien profitieren. Dennoch deutet die weit verbreitete Inzidenz dieser Erkrankungen darauf hin, dass die Stammzellforschung Millionen von Amerikanern helfen könnte

Quelle: Abgeleitet von Perry (2000).

Zellen, ob aus menschlichen Embryonen oder erwachsenem Gewebe, können sich zu spezialisierten Geweben entwickeln und versucht, dieses Potenzial für Gewebeersatztherapien zu nutzen, die verloren gegangene Funktionen in geschädigten Organen wiederherstellen.

Die Liste von Krankheiten und Verletzungen, die als potenzielle Angriffspunkte der Stammzelltherapie genannt werden, zeigt weitgehend, warum Stammzellen so viel Hoffnung auf revolutionäre Fortschritte in der Medizin bieten (Tabelle 1). Viele von ihnen, wie Parkinson, Diabetes, Herzkrankheiten, Alzheimer und Rückenmarksverletzungen, haben nur wenige oder keine Behandlungsmöglichkeiten, so dass Millionen Amerikaner derzeit nach Heilmitteln suchen.

Die Hoffnung, Stammzellen für regenerative Therapien zu nutzen, wirft grundlegende Fragen auf: Halten menschliche ESCs die ihnen zugeschriebene klinische Aussicht? Steht die Verwirklichung dieses Versprechens unmittelbar bevor? Haben Stammzellen aus allen Quellen die gleichen Fähigkeiten? Welches Potenzial haben sie für die regenerative Medizin?

DIE GEBÜHR AN DEN AUSSCHUSS

Mitglieder des Board on Life Sciences des National Research Council und Mitglieder des Board on Neuroscience and Behavioral Health des Institute of Medicine haben im Dezember 2000 unabhängig voneinander beschlossen, einen Workshop über den wissenschaftlichen und medizinischen Wert der Stammzellforschung zu sponsern. Der Ausschuss für biologische und biomedizinische Anwendungen der Stammzellforschung wurde berufen, den Workshop zu organisieren und einen Bericht über die biologischen und biomedizinischen Anwendungen von Stammzellen in der regenerativen Medizin zu erstellen. (Anhang A enthält biografische Skizzen der Ausschussmitglieder.)

Die Belastung des Ausschusses lautete wie folgt:

Ein ernanntes Komitee wird einen Workshop über die Biologie und biomedizinische Anwendungen von Stammzellen organisieren. Der Workshop wird verschiedene Aspekte der Stammzellforschung untersuchen, darunter: die biologischen Eigenschaften von Stammzellen im Allgemeinen, den aktuellen Wissensstand über die molekularen und zellulären Kontrollen, die die Transdifferenzierung in Zellen aus verschiedenen Gewebearten steuern, die Verwendung von Stammzellen um Neuronen, Herz-, Nieren-, Blut-, Leber- und andere Gewebe zu erzeugen, und die voraussichtlichen klinischen Verwendungen dieser Gewebe. Der Workshop befasst sich mit den biologischen Unterschieden von Zellen, die aus verschiedenen Quellen gewonnen wurden, zum Beispiel Embryonen, fötalem Gewebe oder adultem Gewebe, und diskutiert Bedenken hinsichtlich der Verwendung verschiedener Quellen von Stammzellen. Der Ausschuss wird einen Bericht erstellen, der den Workshop und die wissenschaftlichen und politischen Anliegen zusammenfasst, die sowohl Chancen als auch Hindernisse für den Fortschritt in diesem Bereich darstellen.

Der Workshop des Ausschusses fand am 22. Juni 2001 in der National Academy of Sciences in Washington, D.C. statt. Anhang B enthält die Tagesordnung und die Biografien der Referenten. Audiodateien der Präsentationen der Referenten sind bis zum 31. Dezember 2002 auf der Website des Workshops verfügbar: www.nationalacademies.org/stemcells.

Es ist wichtig, die Grenzen der Aufgaben und Arbeit des Ausschusses zu erläutern. Obwohl Daten und Meinungen in der wissenschaftlichen und anderen wissenschaftlichen

Literatur untersucht wurde, versuchte das Projekt nicht, die wissenschaftliche Literatur auf diesem Gebiet vollständig zu überprüfen. Es sei darauf hingewiesen, dass die National Institutes of Health kurz nach dem Workshop einen wichtigen Bericht über den &ldquoScientific Progress and Future Research Directions&rdquo von Stammzellen veröffentlichten und dieses Dokument wertvolle Informationen für den Bericht des Ausschusses (NIH, 2001) lieferte.

Das Komitee organisierte den Workshop, um Schlüsselfragen zum Stand der Stammzellforschung durch das Sammeln von Informationen von wissenschaftlichen Führern auf diesem Gebiet zu behandeln. Darüber hinaus bot der Workshop dem Komitee Gelegenheit, sowohl von denen zu hören, die die Forschung an embryonalen Stammzellen befürworten, als auch von denen, die sie aus ethischen Gründen ablehnen. Der Ausschuss hat nicht versucht, die ethischen Dilemmata zu lösen und beschränkt seine Kommentare auf wissenschaftliche Punkte, die der ethischen Diskussion dienen sollen. Dieser Bericht fasst die Präsentationen des Workshops zusammen und stellt die Schlussfolgerungen des Ausschusses aus dieser Sitzung vor. Der Bericht geht insbesondere auf folgende Fragen ein:

Welche Eigenschaften von Stammzellen machen sie für die regenerative Medizin wünschenswert?

Welche biologischen Eigenschaften von Stammzellen sind gut bekannt? Welche sind unsicher?

Welche Implikationen haben die biologischen Eigenschaften verschiedener Stammzellen für die Entwicklung therapeutischer Anwendungen?

Welche Chancen und Barrieren birgt die Stammzellforschung und welche Relevanz haben sie für medizinische Therapien?

Der Ausschuss hat die Frage des reproduktiven Klonens, das manchmal mit der Stammzellforschung in Verbindung gebracht wird, ausgeschlossen, da in beiden Fällen die Technik des somatischen Zellkerntransfers (SCNT) zur Erzeugung von Embryonen verwendet werden kann (siehe Kasten). Das Interesse an dieser Technik für die Stammzellforschung hängt mit der Möglichkeit zusammen, Stammzellen für die regenerative Therapie herzustellen, die genetisch auf die Person abgestimmt sind, die eine Gewebetransplantation benötigt. Das Immunsystem ist bereit, Gewebetransplantate abzustoßen

Vergleich der Stammzellproduktion mit reproduktivem Klonen

Das Ziel der Stammzellforschung mit der Technik des somatischen Zellkerntransfers (SCNT) muss in scharfem Kontrast zum Ziel des reproduktiven Klonens stehen, das mit einer ähnlichen Technik darauf abzielt, einen Embryo zu entwickeln, der mit dem Spender seiner Gene genetisch identisch ist und Dann implantieren Sie diesen Embryo in die Gebärmutter einer Frau und lassen ihn bis zur Geburt reifen. Das Klonen zu Fortpflanzungszwecken wird Gegenstand eines separaten Berichts sein, der derzeit vom Ausschuss der Nationalen Akademien über die wissenschaftlichen und medizinischen Aspekte des Klonens von Menschen erstellt wird. In der folgenden Tabelle werden die zellulären Materialien und Techniken der Stammzellforschung mit denen des reproduktiven Klonens verglichen.

Adulte und fetale Stammzellen

Embryonale Stammzellen, hergestellt mit der SCNT-Technik

Reproduktives Klonen: Embryonen, die mit der SCNT-Technik hergestellt wurden

Um undifferenzierte Stammzellen für Forschung und Therapie zu gewinnen

Um undifferenzierte Stammzellen für Forschung und Therapie zu gewinnen

Um undifferenzierte Stammzellen zu erhalten, die genetisch dem Empfänger für Forschung und Therapie angepasst sind

Um einen Embryo zur Einnistung zu produzieren, was zur Geburt eines Kindes führt

Isolierte Stammzellen aus adultem oder fetalem Gewebe

Zellen eines Embryos im Blastozystenstadium, die durch Befruchtung produziert wurden

Zellen aus einer Blastozyste, die durch die Entwicklung einer entkernten Eizelle erzeugt wird, die mit Kern aus einer somatischen Zelle des Patienten versorgt wird (SCNT-Technik)

Entkernte Eizelle, versorgt mit Kern aus der somatischen Zelle des Spenders (SCNT-Technik)

In Kultur produzierte Zellen, um erkranktes oder verletztes Gewebe wieder aufzufüllen

In Kultur produzierte Zellen, um erkranktes oder verletztes Gewebe wieder aufzufüllen

In Kultur produzierte Zellen, um erkranktes oder verletztes Gewebe wieder aufzufüllen

Embryo aus der Entwicklung der Eizelle, implantiert und zur Geburt zugelassen

von genetisch nicht identischen Personen und immunologische Abstoßung birgt ernsthafte klinische Risiken, die lebensbedrohlich sein können. Die Überwindung der drohenden immunologischen Abstoßung ist daher eine der großen wissenschaftlichen Herausforderungen für die Stammzelltransplantation und für jede Art von Transplantation. Die SCNT-Technik bietet die Möglichkeit, aus den eigenen Zellen des Empfängers Stammzellen für die Transplantation zu gewinnen. Solche Zellen würden nur die eigenen Proteine ​​des Patienten produzieren und würden bei einer Transplantation in diesen Patienten keine immunologische Reaktion hervorrufen.

Der Ausschuss berücksichtigt respektvoll die breite Palette sozialer, politischer, rechtlicher, ethischer und wirtschaftlicher Fragen, die bei der Politikgestaltung in einer Demokratie berücksichtigt werden müssen. Und sie ist beeindruckt vom Engagement aller Parteien in dieser Debatte für Leben und Gesundheit, ungeachtet der unterschiedlichen Schlussfolgerungen, die sie ziehen. Der Ausschuss hofft, dass er durch die Beantwortung von Fragen zum wissenschaftlichen Potenzial von Stammzellen und wie dieses Potenzial am besten ausgeschöpft werden kann, einen nützlichen Beitrag zur Debatte und zur Verbesserung der Behandlung von Krankheiten und Verletzungen bei Menschen mit Behinderungen leisten kann.

WAS SIND STAMMZELLEN? GRUNDLEGENDE DEFINITIONEN

Stammzellen sind unspezialisierte Zellen, die sich unbegrenzt selbst erneuern können und die sich auch in reifere Zellen mit spezialisierten Funktionen differenzieren können. Beim Menschen wurden Stammzellen in der inneren Zellmasse des frühen Embryos in einigen Geweben des Fötus, der Nabelschnur und der Plazenta sowie in mehreren erwachsenen Organen nachgewiesen. In einigen erwachsenen Organen können Stammzellen innerhalb dieses Organs zu mehr als einem spezialisierten Zelltyp führen (z. B. führen neuronale Stammzellen zu drei Zelltypen, die in den Gehirnneuronen, Gliazellen und Astrozyten vorkommen). Stammzellen, die in der Lage sind, sich in Zelltypen zu differenzieren, die über die des Gewebes hinausgehen, in dem sie normalerweise leben, sollen Plastizität. Wenn festgestellt wird, dass eine Stammzelle zu mehreren Gewebetypen führt, die mit verschiedenen Organen verbunden sind, wird die Stammzelle als . bezeichnet multipotent. 1

Das Wort &ldquopluripotent&rdquo wird manchmal verwendet, um Stammzellen zu beschreiben, die sich in sehr breites Sortiment von Gewebetypen. In diesem Bericht umfasst der Begriff multipotent diese Art von Stammzellen.

Embryonische Stammzellen (ESCs) werden aus einem Embryo im Frühstadium gewonnen. Die Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium führt zu einer Zygote, dem frühesten embryonalen Stadium (Abbildung 1). Die Zygote beginnt sich etwa 30 Stunden nach der Befruchtung zu teilen und am dritten bis vierten Tag ist der Embryo ein kompakter Ball aus 12 oder mehr Zellen, der als Morula bekannt ist. Fünf bis sechs Tage nach der Befruchtung und nach mehreren weiteren Zellteilungszyklen beginnen sich die Morulazellen zu spezialisieren und bilden eine hohle Zellkugel, die Blastozyste genannt wird und einen Durchmesser von etwa 150 Mikrometer (ein Siebtel Millimeter) hat ). Die äußere Schicht der Blasotozyste wird als Trophoblast bezeichnet, und der Zellhaufen innerhalb der Kugel wird als innere Zellmasse bezeichnet. In diesem Stadium befinden sich etwa 70 Trophoblastenzellen und etwa 30 Zellen in der inneren Zellmasse. Die Zellen der inneren Zellmasse sind multipotente Stammzellen, aus denen alle Zelltypen der wichtigsten Gewebeschichten (Ektoderm, Mesoderm und Endoderm) des Embryos entstehen. In den letzten 3 Jahren ist es gelungen, diese Stammzellen aus der Blastozyste zu entnehmen und in Zellkulturlinien im Labor undifferenziert zu halten (NIH, 2001) (Abbildung 2). Um für die Herstellung medizinischer Therapien nützlich zu sein, müssen kultivierte ESCs in geeignete Gewebe für die Transplantation in Patienten differenziert werden. Forscher beginnen gerade erst zu lernen, wie diese Differenzierung erreicht werden kann.

Fetale Stammzellen sind primitive Zelltypen im Fötus, die sich schließlich zu den verschiedenen Organen des Körpers entwickeln, aber die Forschung mit fötalem Gewebe war bisher auf wenige Zelltypen beschränkt: neurale Stammzellen, einschließlich Neuralleistenzellen hämatopoetische Stammzellen und Vorläufer der Pankreasinseln. Neurale Stammzellen, die im fötalen Gehirn zahlreich vorkommen, können isoliert und in undifferenzierter Form in Kultur gezüchtet werden, und es wurde gezeigt, dass sie sich in die drei Haupttypen von Gehirnzellen differenzieren (Brustle et al., 1998 Villa et al. , 2000). Diese Zellen wurden in Nagetiermodellen der Parkinson-Krankheit verwendet (Sawamoto et al., 2001 Studer et al., 1998). Neuralleistenzellen entstehen aus dem Neuralrohr und wandern von dort durch den sich entwickelnden Fötus. Sie können sich zu mehreren Zelltypen entwickeln, darunter die Nerven, die das Herz und den Darm innervieren, nicht-neuronale Zellen der Hormondrüsen, Schweine


Stammzellbasierte Therapien, die durch die Akkumulation von p53-Mutationen bedroht sind

Menschliche embryonale Stammzellen (ES) können sich unbegrenzt selbst erneuern und im Körper praktisch alle Zelltypen hervorbringen. Das macht sie zu einer wertvollen Zellquelle für regenerative Therapien. Aus ES-Zellen gewonnene differenzierte Zellen werden in klinischen Studien auf ihre Sicherheit bei therapeutischen Interventionen bei verschiedenen Krankheiten untersucht. McCarroll, Eggan und Kollegen berichten nun, dass menschliche ES-Zellen Mutationen in TP53 — das Gen, das den Tumorsuppressor p53 kodiert — der bei ∼ 50 % der Krebsarten mutiert ist.

Frühere Studien haben gezeigt, dass kultivierte humane pluripotente Stammzellen (PSCs) Aneuploidie und große Variationen der Kopienzahl annehmen können und dass diese Mutationen den Zellen einen Wachstumsvorteil verleihen können. Die Autoren versuchten, andere Mutationen zu identifizieren, die in Kultur erworben werden könnten, indem sie alle Exons im Genom (Exome) von 140 unabhängigen kultivierten ES-Zelllinien (114 Linien, die von den US National Institutes of Health verwaltet werden, und 26 Linien, die unter guter Herstellung hergestellt wurden) sequenziert haben Praxisbedingungen für einen möglichen klinischen Einsatz). Anschließend verwendeten sie Computeranalysen, um Mutationen zu identifizieren, die nur in einer Untergruppe von Zellen in jeder ES-Zelllinie vorhanden waren, und schlossen so vererbte Polymorphismen aus. Mit diesem Ansatz identifizierten sie 263 solcher Kandidaten-Mosaikvarianten, von denen 28 vorhergesagt wurde, dass sie die Genfunktion stören.

Die Autoren charakterisierten diese 28 Mutationen und stellten auffallend fest, dass sechs von ihnen in TP53, das auch das einzige Gen war, das mehr als einmal mutiert war. Die sechs Mutationen wurden in fünf nicht verwandten Zelllinien identifiziert. Die sechs Missense-Mutationen (die alle einen Cytosinrest eines CpG-Dinukleotids beinhalten) wurden auf vier Reste in der DNA-bindenden Domäne von p53 kartiert. Mutationen an diesen Positionen haben sich als dominant-negativ erwiesen, indem sie Wildtyp-p53 daran hindern, an die Promotoren seiner Zielgene zu binden, und mit einem hohen Krebsrisiko verbunden sind.

Die Autoren zeigten, dass alle sechs Mutationen während der Zellkultur erworben wurden und schätzten, dass sie in einem wesentlichen Anteil (14–80 %) der Zellen in den betroffenen Zelllinien vorhanden waren. Die Analyse von Zellen aus frühen Kulturpassagen bestätigte, dass die TP53 Mutationen verliehen einen starken selektiven Vorteil, wobei der Anteil der mutierten Allele pro Passage um das ∼ 1,9-fache zunahm. Dieser Befund stimmt mit früheren Berichten überein, dass der Verlust von p53 das Überleben von Zellen, die Proliferation und die Umprogrammierung von somatischen Zellen zu Pluripotenz fördert.

Schließlich ergab eine Analyse öffentlich zugänglicher RNA-Sequenzierungsdaten von 117 menschlichen PSC-Linien (die sich in verschiedene Zelltypen differenzieren können) weitere acht Missense-Mutationen in TP53 die sich von den sechs in der vorliegenden Studie identifizierten unterscheiden, die sich aber auch in der p53-DNA-Bindungsdomäne befinden. Einige dieser veröffentlichten Studien verwendeten dieselbe Quellzelllinie, was darauf hindeutet, dass die Mutationen auch während der Zellkultur entstanden sind.

"Diese Studie . unterstreicht die Notwendigkeit sorgfältiger genetischer Analysen von Stammzellen und ihren differenzierten Derivaten vor der klinischen Verwendung“

Diese Studie zeigt, dass kultivierte humane PSCs eine hohe Neigung zur Akkumulation krebsbedingter Mutationen in aufweisen TP53, mit Auswirkungen auf ihre Verwendung in der Krankheitsmodellierung und Zellersatztherapien. Es zeigt die Notwendigkeit, neue Kulturbedingungen zu entwickeln, die den Selektionsdruck für TP53 Mutationen auftreten, und vor allem unterstreicht es die Notwendigkeit sorgfältiger genetischer Analysen von Stammzellen und ihren differenzierten Derivaten vor der klinischen Verwendung. Wichtig ist, dass die Studie auch zeigt, dass die Sequenzierung verwendet werden kann, um potenziell schädliche Mutationen zu erkennen und so die Sicherheit von Zellersatztherapien zu erhöhen.


2. Aktuelle klinische Anwendungen von Stammzellen

Bei all der Werbung um embryonale und iPS-Zellen wird vergessen, dass stammzellbasierte Therapien bereits seit Jahrzehnten im klinischen Einsatz sind. Es ist aufschlussreich, über diese Behandlungen nachzudenken, da sie wichtige Vorbehalte auf dem Weg vom Proof-of-Principle im Labor zum echten Patientennutzen in der Klinik enthalten. Diese Vorbehalte umfassen Wirksamkeit, Patientensicherheit, staatliche Gesetzgebung sowie Kosten und potenzielle Gewinne, die mit der Patientenbehandlung verbunden sind.

Die hämopoetische Stammzelltransplantation ist die älteste Stammzelltherapie und die am weitesten verbreitete Behandlung (Perry & Linch 1996 Austin et al. 2008). Die Stammzellen stammen aus Knochenmark, peripherem Blut oder Nabelschnurblut. Bei einigen Anwendungen werden patienteneigene Zellen verpflanzt. Allerdings ist die allogene Stammzelltransplantation heute ein gängiges Verfahren zur Behandlung von Knochenmarkversagen und hämatologischen Malignomen wie Leukämie. Spenderstammzellen werden verwendet, um die Immunfunktion bei solchen Patienten nach Bestrahlung und/oder Chemotherapie wiederherzustellen. Im Vereinigten Königreich hat der für die Knochenmarktransplantation geschaffene Rechtsrahmen nun einen erweiterten Aufgabenbereich, der die Verwendung anderer Gewebe und Organe umfasst (Austin et al. 2008).

Fortschritte in der immunologischen Forschung erhöhten den Nutzen der Knochenmarktransplantation erheblich und ermöglichten es, Allotransplantatspender auf die beste Übereinstimmung zu untersuchen, um eine Abstoßung und eine Graft-versus-Host-Krankheit zu verhindern (Perry & Linch 1996). Es sei daran erinnert, dass Organtransplantationsprogramme auch vom Verständnis der Immunabstoßung abhingen und Medikamente zur Verfügung stehen, um Empfängern von Spenderorganen eine wirksame langfristige Immunsuppression zu bieten. Obwohl es offensichtlich wünschenswert ist, dass neue Stammzellbehandlungen die eigenen Zellen des Patienten einbeziehen, ist dies sicherlich nicht unbedingt erforderlich.

Zwei Hauptvorteile der hämatopoetischen Stammzelltherapie sind, dass die Zellen in Kultur nicht expandiert oder eine mehrzellige Gewebearchitektur vor der Transplantation rekonstituiert werden müssen. Diese Hürden wurden überwunden, um kultivierte Epidermis zu erzeugen, um autologe Transplantate für Patienten mit Wunden voller Dicke, wie Verbrennungen dritten Grades, bereitzustellen. Der Proof-of-Principle wurde Mitte der 1970er Jahre etabliert, klinische und kommerzielle Anwendungen folgten schnell (Green 2008). Mit einem ähnlichen Ansatz wurden limbale Stammzellen erfolgreich verwendet, um das Sehvermögen bei Patienten wiederherzustellen, die an einer chemischen Zerstörung der Hornhaut leiden (De Luca et al. 2006).

Ex-vivo die Expansion von humanen epidermalen und cornealen Stammzellen beinhaltet häufig die Kultur auf einer Feeder-Schicht von Mausfibroblastenzellen in einem Medium, das Rinderserum enthält. Obwohl es natürlich vorzuziehen wäre, tierische Produkte zu vermeiden, gab es in den letzten 30 Jahren keine Beweise dafür, dass die Exposition gegenüber Patienten, die die Transplantate erhalten, negative Auswirkungen hatte. Zu den anhaltenden Herausforderungen bei der Behandlung mit epithelialen Stammzellen gehören eine verbesserte Funktionalität des Transplantats (z. Die Notwendigkeit, die Stammzellabgabe zu optimieren, führt zu engen Interaktionen zwischen der Stammzellgemeinschaft und Bioingenieuren. In einem aktuellen Beispiel wurde die Luftröhre eines Patienten repariert, indem ein neues Gewebe transplantiert wurde, das in Kultur aus einer dezellularisierten Luftröhre eines Spenders hergestellt wurde, die mit patienteneigenen Knochenmarkszellen besät war, die zu Knorpelzellen differenziert worden waren (Macchiarini et al. 2008).

Während Therapien mit hämatopoetischen Stammzellen weit verbreitet sind, sind Behandlungen mit kultivierter Epidermis und Hornhaut nicht verfügbar. In Ländern, in denen kultivierte Epitheltransplantate verfügbar sind, ist die Zahl potenzieller Patienten relativ gering und die Behandlung kostspielig. Kommerzielle Organisationen, die kultivierte Epidermis zur Transplantation verkaufen, haben festgestellt, dass dies nicht besonders profitabel ist, während in Ländern mit öffentlich finanzierter Gesundheitsversorgung die Notwendigkeit, ein eigenes Labor zur Generierung der Transplantate einzurichten, das finanzielle Kosten-Nutzen-Verhältnis tendenziell zu hoch macht (Green 2008 ).

Klinische Studien der letzten 10 Jahre legen nahe, dass die Stammzelltransplantation auch Potenzial zur Therapie neurodegenerativer Erkrankungen hat. Klinische Studien umfassten die Transplantation von Hirngewebe von abgetriebenen Föten bei Patienten mit Morbus Parkinson und Chorea Huntington (Dunnett et al. 2001 Wright & Barker 2007). Obwohl einige Erfolge verzeichnet wurden, waren die Ergebnisse nicht einheitlich und weitere klinische Studien werden eine verfeinerte Patientenauswahl beinhalten, um vorherzusagen, wer davon profitieren wird und wer nicht. Abgesehen von dem vielfachen Widerstand gegen die Verwendung von fetalem Material gibt es offensichtlich praktische Herausforderungen im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit und Einheitlichkeit der transplantierten Zellen. Daher sind Therapien mit reinen Stammzellpopulationen ein wichtiges und erreichbares et al. 2005 Lowell et al. 2006), Ziel.

Keine Betrachtung der derzeit verfügbaren Stammzelltherapien ist ohne Bezugnahme auf die Gentherapie vollständig. Hier wurden einige wichtige Errungenschaften erzielt, darunter die erfolgreiche Behandlung von Kindern mit X-chromosomaler schwerer kombinierter Immunschwäche. Das gesamte Feld der Gentherapie kam jedoch ins Stocken, als mehrere der Kinder infolge der Integration des therapeutischen retroviralen Vektors in der Nähe des LMO2-Onkogen-Locus an Leukämie erkrankten (Gaspar & Thrasher 2005 Pike-Overzet et al. 2007). Klinische Studien wurden seitdem wieder aufgenommen, und in einem interessanten Beispiel einer kombinierten Gen-/Stammzelltherapie erhielt ein Patient mit einer epidermalen Blasenbildungsstörung ein autologes Transplantat kultivierter Epidermis, bei dem das defekte Gen korrigiert wurde Ex-vivo (Mavilio et al. 2006).

Dies sind nur einige Beispiele für Behandlungen mit Stammzellen, die bereits in der Klinik sind. Sie zeigen, wie der Bereich der Stammzelltransplantation mit den Bereichen Gentherapie und Bioengineering verknüpft ist und wie er von Fortschritten in anderen Bereichen wie der Immunologie profitiert hat. Stammzellen bieten zweifellos ein enormes Potenzial zur Behandlung vieler menschlicher Krankheiten und zur Reparatur von Gewebeschäden aufgrund von Verletzungen oder Alterung. Die Gefahr liegt natürlich in dem potenziell tödlichen Cocktail aus verzweifelten Patienten, begeisterten Wissenschaftlern, ehrgeizigen Klinikern und kommerziellem Druck (Lau et al. 2008). Um Patienten vor den Gefahren des Stammzelltourismus zu schützen, sind international vereinbarte und durchgesetzte Regelungen unabdingbar, wobei Behandlungen, die in einem Land nicht zugelassen sind, in einem anderen frei verfügbar sind (Hyun et al. 2008).


Herausgeber der Sonderausgabe

Die Ausgabe soll den Hintergrund der modernen Technologie der Stammzellidentifikation im Hinblick auf optimale Kandidaten für die Behandlung entsprechender Krankheiten aufzeigen. Dies umfasst die In-vitro-Vermehrung und Identifizierung von Stammzellen, die aus Gewebereservoirs stammen, die Schaffung persönlich zugeschnittener Zellen aus somatischen Zellen durch induzierten pluripotenten Zustand (iPS) und die Redifferenzierung in Stammzell-Vorläufer-Vorläufer-Pools, genetische Modifikationen von Stammzellen Zellen, um gewünschte Kapazitäten zu erhöhen, wie. pro-angiogene, pro-regenerative, entzündungshemmende, antifibrotische Gene. Dies würde alle technischen Einzelheiten der Einführung von Genen (transiente versus stabile Genüberexpression), Optimierung von Promotoren, Vektoren und Bildgebungssystemen (molekulare Sonden singulär/doppelt) umfassen. Persönlich zugeschnittene eigene Stammzellen durch iPS-Technologie würden genetische Überexpression, epigenetische Strategie, mRNA (einschließlich kleiner regulatorischer Moleküle), Proteine ​​und kleine chemische Moleküle (Methylierung vs. Demethylierung) umfassen. Die Neudifferenzierung von Zellen würde Cocktails aus Wachstumsfaktoren, Medienkomponenten, automatischen Systemen der künstlichen Intelligenz, beschleunigter in vitro-Zellreifung (insbesondere im Fall von Muskelkomponenten einschließlich Skelettmuskeln und Herz sowie Zellen des zentralen Nervensystems) umfassen. Die Stammzellabgabe ist mit der Stammzellüberwachung von Migrationsrouten und -übergängen verbunden, einschließlich neuartiger Instrumentierung von Live-In-situ-Tracking-Systemen, Endoskopie, Ultraschall, isotopischen und nicht-isotopischen Nachweismethoden. Stammzellretention in Zielorganen würde Chaperone für die anderen begleitenden Stamm-/Vorläuferzellen erfordern, Gradientenbildung beim Zusammenspiel von Rezeptoren mit Chemokin-Anziehungsmolekülen, adjuvierende Medikamente, die auf nanotechnologischem Wege als Nanokapseln mit selbstabbauenden Eigenschaften und resistent gegen eine proinflammatorische Wirkung bereitgestellt werden Milieu, während es stimulierende Eigenschaften für die Stammzellenwirkung demonstriert. Darüber hinaus sind Veröffentlichungen willkommen, die Materialien, Nanomaterialien und Gerüste in Kombination mit Fragen der Zellretention sowie der Anpassung an die Mikroumgebung und Organspezifität skizzieren. Wir suchen Papiere zu immunmodulatorischen Eigenschaften gegenüber Stammzellen, Akzeptanz in immunprivilegierten Standorten als Teil der Protokolloptimierung je nach Bedarf des Zielorgans. Schließlich suchen wir nach Veröffentlichungen zu Organoiden aus der Zukunftsperspektive der Stammzelltechnologie und der 3-D-Organarchitektur, um eine futuristische Sicht des Organersatzes zu vervollständigen.

Prof. Dr. Maciej Kurpisz
Gastredakteur

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HESC-Ableitung und Medien

hESCs können mit einer Vielzahl von Methoden abgeleitet werden, von der klassischen Kultivierung bis hin zu lasergestützten Methoden oder der Mikrochirurgie [11]. Eine hESC-Differenzierung muss spezifiziert werden, um die Bildung von Teratomen zu vermeiden (siehe Abb. 3).

Die spontane Differenzierung von hESCs führt zur Bildung einer heterogenen Zellpopulation. Ein anderes Ergebnis ergibt sich jedoch, wenn Commitment-Signale (in Form von löslichen Faktoren und Kulturbedingungen) appliziert werden und die Selektion von Vorläuferzellen ermöglichen

hESCs differenzieren spontan in Embryonalkörperchen (EBs) [12]. EBs können anstelle von Embryonen oder Tieren untersucht werden, um ihre Auswirkungen auf die frühe menschliche Entwicklung vorherzusagen. Es gibt viele verschiedene Methoden zur Gewinnung von EBs, wie beispielsweise die Bioreaktorkultur [13], die hängende Tropfenkultur [12] oder die Microwell-Technologie [14, 15]. Diese Methoden ermöglichen die Bildung spezifischer Vorläufer in vitro [16].

Der wesentliche Teil dieser Kultivierungsverfahren ist eine Trennung der inneren Zellmasse, um zukünftige hESCs zu kultivieren (Abb. 4) [17]. Rosowskiet al. [18] betont, dass der Kontrolle der spontanen Differenzierung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muss. Wenn die Kolonie die entsprechende Größe erreicht hat, müssen die Zellen getrennt werden. Das Auftreten pluripotenter Zellen dauert 1–2 Tage. Da die klassische Verwendung von hESCs ethische Bedenken hinsichtlich der bei Eingriffen verwendeten Gastrula verursachte, haben Chung et al. [19] fanden heraus, dass es auch möglich ist, hESCs aus vierzelligen Embryonen zu gewinnen, was eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit des Embryos ermöglicht. Außerdem haben Zhang et al. [20] verwendeten nur in-vitro-Fertilisation wachstumshemmende Zellen.

Kultivierung von pluripotenten Stammzellen in vitro. Drei Tage nach der Befruchtung werden totipotente Zellen gebildet. Blastozysten mit ICM werden am sechsten Tag nach der Befruchtung gebildet. Pluripotente Stammzellen aus ICM können dann erfolgreich auf einer Schale übertragen werden

Zellpassagierung wird verwendet, um kleinere Zellcluster auf einer neuen Kulturoberfläche zu bilden [21]. Es gibt vier wichtige Passageverfahren.

Enzymatische Dissoziation ist eine schneidende Wirkung von Enzymen auf Proteine ​​und Adhäsionsdomänen, die die Kolonie binden. Es ist eine sanftere Methode als die manuelle Passage. Es ist entscheidend, hESCs nach der Passage nicht allein zu lassen. Solitary cells are more sensitive and can easily undergo cell death collagenase type IV is an example [22, 23].

Manual passage, on the other hand, focuses on using cell scratchers. The selection of certain cells is not necessary. This should be done in the early stages of cell line derivation [24].

Trypsin utilization allows a healthy, automated hESC passage. Good Manufacturing Practice (GMP)-grade recombinant trypsin is widely available in this procedure [24]. However, there is a risk of decreasing the pluripotency and viability of stem cells [25]. Trypsin utilization can be halted with an inhibitor of the protein rho-associated protein kinase (ROCK) [26].

Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) indirectly suppresses cell-to-cell connections by chelating divalent cations. Their suppression promotes cell dissociation [27].

Stem cells require a mixture of growth factors and nutrients to differentiate and develop. The medium should be changed each day.

Traditional culture methods used for hESCs are mouse embryonic fibroblasts (MEFs) as a feeder layer and bovine serum [28] as a medium. Martin et al. [29] demonstrated that hESCs cultured in the presence of animal products express the non-human sialic acid, n-glycolylneuraminic acid (NeuGc). Feeder layers prevent uncontrolled proliferation with factors such as leukaemia inhibitory factor (LIF) [30].

First feeder layer-free culture can be supplemented with serum replacement, combined with laminin [31]. This causes stable karyotypes of stem cells and pluripotency lasting for over a year.

Initial culturing media can be serum (e.g. foetal calf serum FCS), artificial replacement such as synthetic serum substitute (SSS), knockout serum replacement (KOSR), or StemPro [32]. The simplest culture medium contains only eight essential elements: DMEM/F12 medium, selenium, NaHCO3, l -ascorbic acid, transferrin, insulin, TGFβ1, and FGF2 [33]. It is not yet fully known whether culture systems developed for hESCs can be allowed without adaptation in iPSC cultures.


Embryonic development in a dish

Recent studies aimed at producing specific differentiated cells from ESCs or iPSCs have followed the principle established by Wichterle and colleagues [12] and attempted to recapitulate embryonic development in cell culture. At the core of this approach is the recognition that embryonic development occurs as a series of steps, with cells that have multipotential capacity becoming increasingly differentiated (Figure 1). However, even armed with this recognition, success has been somewhat mixed.

The most common approach for regulating cell differentiation is based on coaxing cells through sequential stages of differentiation. The top schematic is generic and could be applied to any cell type. The lower paradigm is one that could be used to produce pancreatic β-cells and is taken from the work of Chen et al. [43]. DE, definitive endoderm EP, endocrine progenitor PP, pancreatic progenitor.

One instructive example is that of Kattman and colleagues [27], who published a very thorough paper describing a protocol to produce cardiac myocytes from ESCs and iPSCs in which they sequentially added morphogenic factors important in the appearance of cardiac muscle. They stressed a few general conclusions: (a) the first step of any differentiation procedure, the induction of the correct germ layer, must occur efficiently (b) quantitative markers of different stages of development are helpful (c) the timing of activation or inhibition of various morphogenic pathways is critical, especially given that the very same pathway can have a stimulatory or an inhibitory influence at different times and (d) the concentration of the inducing factors must be controlled carefully. In essence, this work confirms that the complex environment of the embryo can be reproduced to at least some degree. However, the authors also pointed out that there is significant variation among different cell lines so that protocols may have to be tailored to each, perhaps because individual lines may make variable amounts of their own inducing factors. This would be a significant hurdle if it were necessary to produce cardiac myocytes from tens or hundreds of patient lines for drug toxicity testing. Thus, finding a way of overriding this variability would be a valuable advance.

Again by adopting an analogous strategy, Studer and colleagues [28] have pursued methods for producing particular types of neurons efficiently. Importantly, they introduced a convenient way of regulating early neural induction by treating human ESCs, grown without standard feeder layers, with inhibitors of both TGF-β and bone morphogenetic protein (BMP) signaling [28]. This group went on to show the utility of this technique in the generation of dopaminergic neurons and motor neurons. Subsequent studies confirmed its utility in the derivation of cell types as diverse as neural crest [29] and floor plate [30].


How are Stem Cells Produced for Stem Cell Based Therapies? - Biologie

Regenerative Medicine encompasses many fields of science and medicine.  The image below effectively portrays the scope of Regenerative Medicine as the umbrella, it covers many fields of research and clinical practice. Stem cell research and therapies continue to enhance the field of Regenerative Medicine and what it offers patients and scientists.  Stem cells have and will continue to play a critical role in scientific discoveries through developmental biology and therapeutic applications, however, we should be mindful to not limit our descriptions or thoughts regarding Regenerative Medicine and it’s capabilities to stem cell research alone.  The only constraints placed around it are the ones we set, as those in the field seek to uncover the intricacies of our biological systems.

Typically, when the term ‘Regenerative Medicine’ arises people automatically think about stem cells, particularly, embryonic stem cells.  Being that embryonic stem cell research is currently a highly debated topic in both the scientific and political field, the assumption that Regenerative Medicine Research only involves embryonic stem cell research can be narrowing to the field and does not allow one to understand its full potential.  While all stem cell work is vital to the advancement of Regenerative Medicine research and therapies, we cannot interchange the two terms as equals.  As we learn more about Regenerative Medicine, we must broaden our minds, so as not to limit the vast possibilities that Regenerative Medicine researchers seek to find in the inherent mysteries of our biological systems.  

How are stem cells and Regenerative Medicine linked? 

As discussed in other portions of this site, Regenerative Medicine is a comprehensive term used to describe the current methods and research employed to revive and/or replace dead or damaged tissue.  A portion of Regenerative Medicine research revolves around the use of stem cells, including embryonic, adult, and induced pluripotent stem cells (iPS), however there are many other resources that are utilized in order to carry out the mission of Regenerative Medicine research. These include transplants, biomaterials, scaffolds, machines and electronics, stimulation pathways, drug therapy, and many others.  This is thoroughly discussed on the ‘What is Regenerative Medicine?’ page. 

Stem cells have a very important role in Regenerative Medicine Research and have many potential applications.  First, because of their role in development and their potential to develop into many different cells types, stem cells are vital to the field of developmental biology.  Developmental biologists seek to uncover what genes and pathways are involved in cell differentiation (how cells develop into specific cell types such as liver, skin, or muscle cells) and how these can be manipulated to create new healthy tissues.  Second, stem cells can be applied to drug testing and development.  New drugs that are developed in Pharma could be safely and effectively tested using differentiated stem cells.  As scientists learn more about how stem cells develop to form new tissue they will be able to apply their knowledge in maintaining differentiated cell types that can be used to test particular drugs.  This method is already underway in the cancer therapy world, where cancer cells and grown in the laboratory for the purpose of testing anti-tumor and chemotherapeutic drugs.  Finally, and of most interest to patients and scientists is the role stem cells will play in Cell-Based Therapy.  These therapies will apply the understanding of stem cell development, differentiation, and maintenance to generate new, healthy tissue for diseases needing transplant or replacement of damaged tissue, such as arthritis, Parkinson's disease, type 1 diabetes, and coronary disease.  Cell therapies may one day be able to replace organ donation and eliminate the issues that accompany it such as rejection and tissue insufficiency.   Although there are still many difficulties surrounding the field of stem cell research and therapy, over the coming decades scientists hope to continue to make discoveries that will enable the potentials of cell-based therapy to become a reality. 


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Screen and Profile with iPSC-Derived Human Cells

Now available through our exclusive partnership with bit.bio, and its precise opti-ox cellular reprogramming technology, human iPSC-derived cell models become consistent, scalable and reproducible. Generated in large quantities and varied tissue types, bit.bio’s reprogrammed cell types are an excellent tool to support your high-throughput screening campaigns. Combined with our extensive experience in stem cell culturing and differentiation, you now have access to robust assay quality for your HTS and cell-based assays.

Robust HTS with the New Generation of iPSC-Derived Human Cells

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) can be used to generate large numbers of cells of varied tissue types, making them an ideal vehicle for HTS and cell-based discovery screening. bit.bio, formerly ElpisBiomed, has applied deep learning algorithms to accelerate the discovery of methods for the reprogramming of every single cell type in the human body. Reprogrammed from patient-derived iPSCs, bit.bio‘s library of validated human cells delivers consistency, purity, scale, and speed to support robust HTS screening.

Our discovery clients now have a distinct advantage. Combining the physiological relevance of bit.bio’s reprogrammed iPSC-derived human cells with Charles River’s extensive experience with stem cell culturing and differentiation, high content imaging, and assay development, you receive reproducible cell populations and robust assay quality for your HTS and cell-based assays.

Case Study: bit.bio Rapid Differentiation into Functional Neurons

Within 12 days, bit.bio’s ioGlutamatergic Neurons convert into consistent, functional glutamatergic neurons. Cells exhibit neurite outgrowth and express numerous key neuronal markers, including Tbr1, MAP2, vGLUT1, synaptophysin and PSD95. ioGlutamatergic Neurons are programmed to rapidly mature upon revival in a 384-well plates without specialty differentiation media or protocols. This is unlike traditional methods which yield inconsistent numbers and purity of neurons, take over 30 days to achieve the same levels of maturity as the programmed ioGlutamatergic Neurons, and often cannot be performed in multi-well plates. Batch to batch reproducibility and homogeneity create a stable human model for excitatory neuronal activity and disease.

In addition to displaying protein markers consistent with neuronal differentiation, ioGlutamatergic Neurons form functional neural networks as measured by MEA after 2-3 weeks of maturation. This allows identification of compounds that show functional alteration of phenotypes relevant to diseased states. Before the bit.bio solution, this process was very difficult to establish at scale.

IoNEURONS/glut are Suitable for HTS Applications

Displaying relevant markers for differentiation, ioGlutamatergic Neurons also differentiate in high density plates. This allows us to perform high-throughput screening in a physiologically-relevant cell type. Using an assay previously developed to identify the presence of huntingtin expressed at physiological levels, we were able to observe reproducible titrations of compounds shown to lower HTT. We were also able to perform functional follow-up assays, again on endogenous protein, to examine whether compounds were acting via toxicity or nonspecific protein degradation.

Robust and Scalable iPSC Cells for HTS

Learn more about the characterization of human iPSC-derived glutamatergic neurons.


Über uns

Stem cell technology has opened huge possibilities for cell therapy and regenerative medicine. With professional scientists and years of experience, Creative Biolabs provides high-quality products and services in the field of stem cell therapy development for customers all over the world.

During the last few years, remarkable progress has been made in gene and cell therapy. Positive proof-of- principle results have been obtained for several diseases, such as adrenoleukodystrophy, hemophilia IX, β-thalassemia, malignant glioblastoma, leukemia and other types of cancer.

Thus, it is expected that several new gene therapy products will enter the clinical arena in the not-so-distant future. With the ability to become many different types of cells, stem cells play a key role in the body's healing process and the regenerative medicine.