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Gentherapie und Stammzellen

Was ist Gentherapie?

•Gentherapie = einfügen von Nukleinsäuren wie DNA & RNA in Körperzellen zum Behandeln einer Krankheit

•intaktes Gen in Erbgut, geschädigtes Gen ( Ursache für die Krankheit ) wird ersetzt

•Gentherapien am Menschen teilweise erfolgreich - z.B. im Rahmen klinischer Studien

•weltweit erstes Fertigarzneimittel Gendicine ( 2003 in China )

•November 2012 erste Zulassung eines Gentherapeutikums in Europa

•Zulassung für die USA beantragt

•Gentherapeutika gehören zur Gruppe der ‘‘Arzneimittel für neuartige Therapien

Prinzip

•Entnahme einiger Körperzellen - einfügen entsprechender Nukleinsäuren im Labor

•Anschließende Vermehrung der Zellen vor Wiedereinfügen in den Körper

•Gentherapie kann auch direkt im Körper erfolgen

•Verschiedene Arten von Gentherapien und Technik:

–Integrieren der Nukleinsäure in Zellgenom

–Zeitweises Verbleiben in der Zelle

•Therapeutischer Effekt kann dauerhaft oder zeitlich beschränkt sein

Methoden

•Verschiede Möglichkeiten für den Transfer von Nukleinsäure in eine Zelle:

–Transduktion: Mit dieser häufigsten Methode bringt ein viraler Vektor ( ein modifizierter Virus ) die Nukleinsäure in die Zelle

–Transfektion ( chemisch ): Nukleinsäure und elektrisch geladene Verbindung werden in Zelle gegeben; Verbindung heftet sich an Zellmembran und dringt in die Zelle ein

–Trisektion ( physikalisch ): Elektroporation macht Zellmembran vorübergehend durchlässig, Vektor kann in diese eindringen

–Transfektion ( physikalisch ): Mikroinjektion bietet hohe Chancen für erfolgreichen Einbau des Gens ( ca. 1:5 ); jede Zelle muss einzeln behandelt werden

–Spermienvermittelter Gentransfer in Eizellen

Beschränkungen und Risiken

•Einsetzen und dauerhaftes Einfügen eines intakten Gens nur bei monogenetischen Erkrankungen - Aussicht auf Erfolg

•Erkrankungen mit komplexeren genetischen Schäden, wie Krebs, können nicht ursächlich behandelt werden

•Gentherapien dürfen nur in somatischen ( nicht die Keimbahn betreffenden ) Zellen durchgeführt werden - neue genetische Informationen werden nicht an die Kinder weitergeben

•Größtes Risiko: Integration der Nukleinsäure an unpassender Stelle des Genoms = intakte Gene können beeinträchtigt oder zerstört werden - schwerere Krankheit könnten entstehen

•Gentherapeutische Ansätze in Praxis beschränken sich auf 2 Zelltypen :

–zugängliche Stammzellen

–langlebige Zellen

Anforderungen von Zellen für Gentherapien

•Anforderungen von Körperzellen für eine Gentherapie mit Viren als Vektor :

– müssen widerstandsfähig sein, um ‘‘Infektion", Entnahme und Wiedereinpflanzen in den Körper zu überstehen

–müssen leicht entnehmbar und wieder einsetzbar sein

–sollten langlebig sein

Geeignete Zelltypen für Gentherapien

•Geeignete Zelltypen :

–Hautzellen

–Leberzellen

–T-Zellen

–Knochenmarksstammzellen

Gendefekt - Mukoviszidose

•Häufigste, erblich bedingte Krankheit in Westeuropa

•1 von 2500 erkrankt daran; viele mehr sind Träger eines verursachenden Allels

•Mukoviszidose verursacht zähen Schleim - verstopft Atemwege, Organgänge und Bauchspeicheldrüse

•Symptome verschlimmern sich im Laufe der Zeit - führen oft zu einem viel zu frühen Tod

•Ursachen sind zu 70% eine Mutation im CFTR-Gen auf Chromosom 7

•Gesundes Gen enthält Informationen für das CFTR-Protein

•wird in Schleimhautzellen der Bronchien gebildet und in Zellmembran eingebaut

•Verankerung ermöglicht das Passieren von Chloridionen - gewährleistet indirekt die Verflüssigung von Schleim

•Mensch erkrankt nur, wenn er reinerbig ist

Behandlung von Mukoviszidose

•Bisher ließen sich nur Symptome lindern

•Behandlung erfolgt durch somatische Gentherapie - hat Veränderung der Körperzellen zur Folge

•DNA-Stücke mit intaktem CFTR-Gen werden mit Adenoviren ( verursachen Krankheiten in den Atemwegen ) in die betroffenen Zellen transportiert

•DNA-Bereiche, die für die Virusvermehrung zuständig sind, werden zuvor entfernt - Viren können keine Erkrankungen mehr auslösen

•Millionen Viren werden in Form von Nasenspray aufgenommen

•dringen in Schleimhaut ein und setzen DNA mit CFTR-Gen frei

•mithilfe zelleigener Proteinbiosynthese stellen Schleimhautzellen das CFTR-Protein her und bauen es in die Zellmembran ein

Probleme :

–hohe Virenmenge muss aufgenommen werden

–Wiederholung der Behandlung, wenn keine Aufnahme der Virus-DNA mit CFTR-Gen im Zellkern

–Immunsystem macht viele ‘‘Transportviren‘‘ unschädlich, bevor sie aktiv werden

Was ist eine Stammzelle?

•Stammzellen = Körperzellen in verschiedenen Zelltypen oder Gewebe

•2 Arten von Stammzellen : embryonale und adulte Stammzellen

•entwickeln sich in jeglichem Gewebe ( embryonale Stammzellen )

•entwickeln sich in festgelegten Gewebetypen ( adulte Stammzellen )

•Stammzellen bei Pflanzen sind in der Lage, einen kompletten Organismus zu regenerieren

Stammzelle ist nicht gleich Stammzelle

Adulte Stammzellen liegen beim erwachsenen Menschen verstreut in verschiedenen Geweben

•teilen sich bei Bedarf, um z.B. abgestorbene Hautzellen zu ersetzen

•Stammzellen, die nur bestimmte Zellen hervorbringen heißen multipotent

Embryonale Stammzellen kommen aus der Eizelle = können sich zu einem kompletten Menschen entwickeln = totipotent

•Embryo hat sich zu Bläschenkeim entwickelt, kann noch jede Zelle entwickeln, aber keinen Menschen

•diese Stammzellen heißen pluripotent

Mit Stammzellen Krankheiten heilen

•Stammzellen werden in der Medizin genutzt

•Bei Leukämiekranken erzeugen defekte Stammzellen im Knochenmark zu viele weiße Blutzellen

•dadurch gesamte Blutbildung gestört

•Vollständige Zerstörung defekter Stammzellen und Knochenmarkstransplantationen mit Stammzellen kann Leukämiekranke retten

•Stammzellen müssen von einem gesunden und geeignetem Spender kommen

Therapeutisches Klonen - Hoffnung für Schwerkranke?

•Tödliche Krankheiten können gestoppt oder geheilt werden, wenn erkrankte Organe ersetzt werden

•Organspende bringt viele Probleme mit sich ( mit Medikamenten wird Abstoßung eines transplantierten Organs unterdrückt )

•Stammzellenforschung sucht Wege, um Gewebe und Organe für Schwerkranke herzustellen

•ALS lässt Nervenbahnen absterben - führt zu Lähmungen und schließlich zum Atemstillstand

•Durch therapeutisches Klonen könnte man Patienten helfen - aus Körperzelle gewinnt man Zellkern mit Erbinformationen des Erkrankten

•Zellkern wird in entkernte Eizelle einer Frau eingefügt

•Zellkern wird totipotent und die Embryonalentwicklung beginnt

•Im Stadium des Bläschenkeims könnten einzelne Zellen des Embryos entnommen werden - Nervengewebe wird für den ALS-Kranken gebildet

•Dieses Gewebe würde nicht abgestoßen

Stammzellforschung ohne Embryonen

•Verwendung von embryonalen Stammzellen ist ethisch bedenklich

•Embryonen hätten sich zu Menschen entwickeln können

•Therapeutisches Klonen ist in Deutschland verboten = ethischer Zwiespalt : ungeborenes Leben soll krankes Leben heilen helfen

•Forschung sucht nach anderen Techniken

•Viren werden mit ‘‘Gentaxis‘‘ in Hautzellen gebracht, diese versetzten sich wieder in einen pluripotenten Zustand

•diese iPS ( induzierte pluripotenten Stammzellen ) könnten Nervengewebe für ALS-Kranke bilden

•noch viele Probleme bei diesem Verfahren

•Anwendung an Patienten noch nicht möglich

Stammzellforschung

•Erfolge bei der Behandlung von Gehirntumoren an Ratten mit adulten Stammzellen

•Wissenschaftler haben Zellen gentechnisch verändert = wandeln gleichzeitig injizierte Substanz in einen Krebszellen tötenden Stoff um = Tumore könnten bis zu 80% reduziert werden

•Stammzellen ebenfalls in der Lage, durch Herzinfarkt geschädigte Zellen zu erneuern

•Wissenschaftlern gelang es, den Zustand von Mäusen nach einem Infarkt durch Knochenmark-Stammzellen um 33% zu verbessern

Stammzellforschung auf Basis embryonaler Stammzellen

•Seit April 2011 Patientenversuche in den USA

•Patienten bekommen embryonale Stammzellen in die Retina des Auges injiziert

•Embryo wird bei diesem Vorgang nicht zerstört

•Die Mehrzahl weist starke Sehverbesserungen auf