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Mit Stammzellen gegen Diabetes?

Gegen viele degenerative Erkrankungen sollen sie das Wundermittel der Zukunft sein. Weil bei Diabetes Typ I zerstörtes Gewebe die Krankheitsursache darstellt, hoffen Wissenschaftler und Ärzte auch hier auf die regenerative Wirkung von Stammzellen. Prof. Dr. Jochen Seufert und Dr. Günter Päth von der Uniklinik Freiburg untersuchen, inwiefern der Einsatz bestimmter Stammzelltypen die körpereigene Insulin-Produktion wieder herstellen kann. Die biologischen Zusammenhänge haben sich in den letzten Jahren als sehr komplex entpuppt. Die beiden Spezialisten warnen vor Blauäugigkeit und voreiligen Heilsversprechen. Aber sie glauben auch – vorsichtig - an ein echtes Potenzial.

Typ I Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung. Das Körperabwehrsystem der Betroffenen reagiert „allergisch“ auf die so genannten ß-Zellen im eigenen Pankreas. Sie greifen sie an und zerstören sie, der Körper ist nicht mehr in der Lage, das Zuckerabbauhormon Insulin herzustellen. Patienten müssen künstliches Insulin anwenden, das bedeutet den regelmäßigen Griff zur Spritze. Obwohl lebensrettend, so ist diese Therapie nicht optimal, da die Insulingaben den Blutzucker nicht perfekt regulieren können. Das zieht immer wieder zu niedrige oder zu hohe Zuckerwerte nach sich, was einerseits die Lebensqualität stark einschränkt und andererseits zu diabetischen Spätkomplikationen führen kann. „Eine möglicherweise bessere Therapiemöglichkeit ist die Transplantation von Zellen, die Insulin produzieren können“, sagt Prof. Dr. Jochen Seufert, Leiter des Schwerpunkts Endokrinologie und Diabetologie der Abteilung Innere Medizin II an der Universitätsklinik Freiburg. „Aber auch hier gibt es Nachteile.“

Eine Langerhanssche Insel aus der Maus (Insulin ist grün gefärbt) mit beginnender Zerstörung von ß-Zellen durch die diabetogene Substanz Streptozotocin (STZ). Geschädigte Zellen produzieren verstärkt das mit zellulärem Stress, Proliferation und Gewebeschutz assoziierte Protein p8 (rot). Zu sehen sind auch zwei Pankreasgänge (d) und mit dem DNA-Farbstoff DAPI gefärbte Zellkerne (blau). © Prof. Dr. med. Jochen Seufert

Ärzte verpflanzen heute entweder eine ganze Bauchspeicheldrüse oder den Teil, der die ß-Zellen enthält, also die sogenannten Langerhansschen Inseln. Bei beiden zelltherapeutischen Verfahren muss jedoch das Immunsystem des Empfängers mit Medikamenten, sogenannten Immunsuppressiva, unterdrückt werden, da es sonst die körperfremden Zellen abstößt. Hinsichtlich der Nebenwirkungen behandeln Ärzte heutzutage fast ausschließlich Patienten, die aufgrund schwerer diabetischer Komplikationen eine neue Niere erhalten und damit ohnehin immunsupprimiert werden müssen. Die Transplantation der gesamten Bauchspeicheldrüse ist ein schwerer und komplizierter Eingriff. Wird das Organ nicht abgestoßen, können die Patienten aber über Jahre ohne die Insulinspritzen leben. Die zweite Methode, die Transplantation von aus Spenderorganen isolierten Langerhansschen Inseln, ist dagegen ein kleiner Eingriff, bei dem ein Arzt die Inseln nach Punktion der Pfortader in die Leber eingespült. Dies kann sogar ambulant geschehen. Allerdings ist der Erfolg geringer. Nach zwei Jahren sind nur noch rund 20 Prozent der Patienten unabhängig vom Insulinersatz. Immerhin besteht durch die Restfunktion des Inseltransplantats auch dann, wenn die Patienten wieder zusätzlich Insulin spritzen müssen, ein Schutz vor gefährlicher Unterzuckerung. Beide Möglichkeiten sind begrenzt: Es gibt viel zu wenige Spenderorgane für viel zu viele Kranke. „Daher versucht die Forschung als alternative Quelle für ß-Zellen diese im Reagenzglas aus Stammzellen zu generieren", sagt Seufert. „Die Grundidee ist, das regenerative Potenzial von Stammzellen auszunutzen."

Potenzial oder Risiko?

Stammzellen aus embryonalem Gewebe, aber auch viele Stammzelltypen aus Gewebe von Erwachsenen, können sich zu verschiedenen Zelltypen differenzieren. Wird es eines Tages möglich sein, sie im Reagenzglas in ß-Zellen zu verwandeln und sie in Bauchspeicheldrüsen von Kranken einzupflanzen? „Erste Erkenntnisse mit menschlichen, Maus- und Rattenzellen belegen die prinzipielle Möglichkeit", sagt Seuferts Laborleiter Dr. Günter Päth. Allerdings stellen sich auch einige Probleme: Die so gezüchteten ß-Zellen lassen sich nur schlecht im Reagenzglas vermehren und produzieren nicht genug Insulin bzw. schütten es bei einem Anstieg der Zuckerspiegel auch nicht adäquat aus. Im Fall der embryonalen Stammzellen birgt die Verpflanzung von neu gewonnenem ß-Zellgewebe außerdem das Risiko von Krebs. Sind in der Zellmasse einige noch nicht differenzierte Stammzellen übrig, können sie im Körper ihre Teilungsaktivität wieder aufnehmen und unkontrolliert wachsen, also Tumoren bilden.

Mesenchymale Knochenmarksstammzellen: Rot gefärbt ist Nestin, ein Protein, das ursprünglich als Marker für Stammzellen im ZNS beschrieben wurde. Die Kerne sind mit dem DNA-bindenden Farbstoff DAPI gefärbt (blau). © Prof. Dr. med. Jochen Seufert

Seufert, Päth und ihr Freiburger Team konzentrieren sich auf adulte Stammzellen, insbesondere mesenchymale Knochenmarksstammzellen. „Dieser Knochenmarksstammzelltyp scheint eine Art Reparaturpolizei zu sein, denn er ist im Körper überall da zu finden, wo ein Organ geschädigt ist", sagt Seufert. „Am Ort der Verletzung differenzieren sich diese Stammzellen wahrscheinlich nicht selbst in die benötigten Zelltypen. Aber sie stimulieren andere Zellen zur Teilung und helfen so bei der Regeneration." Die Wissenschaftler untersuchen momentan, ob die Reparaturpolizisten auch transplantierte ß-Zellen des Pankreas zur Regeneration anregen können. Dies könnte das Transplantatüberleben und damit die Phase der Insulinfreiheit des Patienten verlängern. „Wenn das zutrifft, dann machen wir uns auf die Suche nach den molekularen Mechanismen, die dahinter stecken", sagt Päth. Diese vollständig zu verstehen ist die Voraussetzung für neue Therapieformen. Eines Tages könnte es möglich sein, die Helferfunktion von mesenchymalen Stammzellen zu nutzen und eventuell in Kombination mit einem Medikamentencocktail ß-Zellen von Diabetikern zur Teilung anzuregen.

Komplexe Zusammenhänge

Dies Patienten heute schon zu versprechen, oder mesenchymale Stammzellen zur Behandlung bei Diabetikern gar vor ausführlichen wissenschaftlichen Studien anzuwenden, ist nach Seufert und Päth aber unverantwortlich. Das bekräftigt auch die Deutsche Diabetesgesellschaft (DDG) in einem Statement. Als neue Plattform für systematische Untersuchungen wurde 2008 das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte „Kompetenznetz Diabetes mellitus“ in Deutschland ins Leben gerufen. In diesem Rahmen arbeiten die Freiburger Forscher zusammen mit derzeit 23 weiteren Gruppen aus allen Bereichen der experimentellen und klinischen Diabetologie an neuen Therapieoptionen und Verbesserungen bestehender Verfahren.

„Wir wissen heute noch viel zu wenig über die komplexen molekularen Zusammenhänge der Stammzellbiologie“, sagt Päth. Wie lassen sich Stammzellen richtig programmieren? Hier spielen nicht nur die genetischen Informationen an sich eine Rolle. Immer mehr wird klar, dass die Epigenetik entscheidend ist, also die Art und Weise, wie die genetische Information in der Zelle abgelesen wird. Päth vergleicht den menschlichen Körper mit einem Computer, auf dem ein Betriebssystem mit all seinen Programmen und seinen Fehlern läuft. „Wir haben heute noch sehr wenige Kenntnisse von der Programmiersprache, mit der wir die Funktionen dieses Rechners manipulieren könnten", sagt er. „Diese zu entschlüsseln wird vielleicht noch zehn oder zwanzig Jahre dauern." Trotzdem glauben sowohl Seufert als auch Päth an ein Potenzial. „Natürlich können Stammzellen uns nicht helfen, die Ursache von Diabetes mellitus Typ I, also die Störung im Immunsystem zu bekämpfen", sagt Seufert. „Aber meine Vorhersage ist, dass wir mit ihrer Hilfe irgendwann eine gute Möglichkeit finden werden, die Symptome abzumildern und die Nachteile einer Insulinersatztherapie oder einer Pankreas- bzw. ß-Zell-Transplantation zu umgehen."

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