Entwicklung neuer hPS-Reporterzellli­nien zur Verbesserung von Diabetes-Stammzellthera­pien

Humane pluripotente Stammzellen (hPS) können sich in jeden Zelltyp des menschlichen Körpers differenzieren, auch in die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse. Die derzeitigen Methoden zur Differenzierung von hPS-Zellen in reife, Insulin produzierende Betazellen sind allerdings nicht effizient oder konsistent genug, um bei Zelltherapien für Diabetes eingesetzt werden zu können. In dieser neuen Studie, die im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlicht wurde, haben Forscher des Paul-Langerhans-Instituts Dresden (PLID) des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung hPS-Zelllinien mit fluoreszierenden Reportern entwickelt, die zur Überwachung des Fortschritts und der Effizienz der Differenzierung in funktionelle Inselzellen der Bauchspeicheldrüse verwendet werden können.

Die Betazellen der Bauchspeicheldrüse produzieren Insulin, das Hormon, das die Aufnahme von Glukose aus dem Blut in die Körperzellen reguliert. Der Verlust oder die verminderte Funktion dieser Zellen führt zu Diabetes, einer Krankheit, bei der der Körper keine ausreichenden Mengen an Insulin produzieren kann. Zu den derzeitigen Behandlungsmethoden insbesondere für Typ-1-Diabetes gehören Insulininjektionen oder Bauchspeicheldrüsentransplantationen, aber diese Therapieverfahren haben ihre Grenzen. Eine zukünftig mögliche weitere Diabetes-Therapie wäre der Einsatz von Inselzellen der Bauchspeicheldrüse, einschließlich insulinproduzierender Betazellen, die aus hPS-Zellen gewonnen werden. Die Verwendung von hPS-Zellen für Diabetes-Zelltherapien wäre in der Lage die Grenzen der derzeitigen Behandlungen überwinden. Allerdings ist der Prozess der Differenzierung von hPS-Zellen in Betazellen derzeit noch nicht gut genug verstanden. Außerdem wird notwendig sein, die derzeitigen Differenzierungsmethoden für die Herstellung ausgereifter, Insulin produzierender Zellen zu verbessern.

Um den Differenzierungsprozess zu verfolgen, setzten die Forscher dieser Studie die CRISPR-Cas9-Genbearbeitung ein. „Wir haben hPS-Zellreporterlinien geschaffen, in denen fluoreszierende Proteine die Expression wichtiger inselspezifischer Proteine wie der Hormone Insulin (INS) und Glucagon (GCG) und des Transkriptionsfaktors MAFA widerspiegeln“, erklärt Prof. Anthony Gavalas, Hauptautor der Arbeit. „Die Visualisierung dieser Proteine ermöglichte es uns, die Entwicklung und Reifung verschiedener Inselzelltypen in Echtzeit zu verfolgen und so einen detaillierten Einblick in den Differenzierungsprozess zu erhalten.“ Die Forscher nutzten diese Linien und erstellten eine automatisierte Hochdurchsatz-Bildgebungspipeline, mit deren Hilfe ein neuer Zusatzstoff namens N21 identifiziert werden konnte, der in der Lage ist die Zahl der Insulin produzierenden Zellen zu erhöhen.

Die Fähigkeit, zuverlässig funktionelle Betazellen aus hPS zu produzieren, könnte die Abhängigkeit von Insulininjektionen oder Bauchspeicheldrüsentransplantationen verringern und damit eine nachhaltigere und wirksamere Behandlungsoption für Menschen mit Typ-1-Diabetes bieten. "Die hPS-Zellreporterlinien und der in dieser Studie beschriebene High-Content-Live-Imaging-Ansatz ermöglichen eine effiziente Bewertung der verschiedenen Bedingungen für die optimale Differenzierung und Reifung von Inselzellen, einschließlich funktioneller Betazellen", fasst Prof. Gavalas zusammen. Der Einsatz fortschrittlicher gentechnischer Verfahren und Echtzeit-Bildgebung ebnet somit einen neuen Weg für künftige Innovationen bei der Behandlung von Diabetes und verwandter Krankheiten.

Originalpublikation:

Elisa Zanfrini, Manuj Bandral, Luka Jarc, Maria Alejandra Ramirez-Torres, DanielaPezzolla, Vida Kufrin, Eva Rodriguez-Aznar, Ana Karen Mojica Avila, Christian Cohrs, Stephan Speier, Katrin Neumann, Anthony Gavalas (2024). Generation and application of novel hES cell reporter lines for the differentiation and maturation of hPS cell-derived islet-like clusters. Sci Rep 14, 19863 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-69645-4