77. Genehmigung nach dem Stammzellgesetz

1. Genehmigungsinhaber(in)

Medizinische Hochschule Hannover

2. Zell-Linien

Die vorgesehenen Forschungsarbeiten erfolgen unter Verwendung der folgenden humanen embryonalen Stammzell-Linien:

• H1 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
• H9 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
• H14 (Wicell Research Institute, Madison, WI, USA)
• HES-2 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HES-3 (ES Cell International Pte Ltd, Singapur)
• HUES2 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
• HUES8 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)
• I3 (Technion, Haifa, Israel)

Im Rahmen der Erweiterung der Genehmigung vom 17.10.2017 wurden zur Durchführung der unten benannten Forschungsarbeiten die Einfuhr und Verwendung humaner embryonaler Stammzellen der folgenden weiteren Linie genehmigt:

• HUES6 (Harvard University, Cambridge, MA, USA)

Die Genehmigung gilt auch für die Verwendung von Sub-Linien (z.B. von klonalen Sub-Linien oder genetisch modifizierten Derivaten) der genannten humanen embryonalen Stammzell-Linien.

3. Angaben zum Forschungsvorhaben

Gegenstand der genehmigten Forschungsarbeiten ist die umfassende vergleichende Charakterisierung von humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) aus Patienten mit genetisch bedingten  Erkrankungen und humanen embryonalen Stammzellen (hES-Zellen). Die geplanten Analysen beziehen sich sowohl auf die Eigenschaften dieser Zellen im undifferenzierten Zustand als auch auf die Charakteristika von aus ihnen differenzierten spezifischen Zelltypen, insbesondere Neurone, Keratinozyten, Melanozyten, Hepatozyten, Kardiomyozyten sowie verschiedene Zelltypen des Blut- und Immunsystems. Diese aus hES- bzw. hiPS-Zellen gewonnenen Zellen sollen hinsichtlich ihrer molekularen und funktionellen Eigenschaften in vitro untersucht werden.

Es ist ferner geplant, verschiedene Methoden der genetischen Modifikation an hES- und hiPS-Zellen vergleichend zu etablieren und ggf. zu optimieren. Dies betrifft beispielsweise durch Zinkfinger-Nukleasen vermittelten Gentransfer oder durch Rekombinasen vermittelten Kassettenaustausch. Mittels dieser Methoden sollen u. a. Reportergene und Gene für Transkriptionsfaktoren in die Genome von hES- und hiPS-Zellen eingeführt werden, wodurch vor allem eine verbesserte Differenzierung in die verschiedenen Zelltypen des Blutes erreicht werden soll. Weiterhin sollen hES-Zellen genetisch so modifiziert werden, dass sie für bestimmte genetische Erkrankungen ursächliche Gendefekte aufweisen (wie z.B. für bestimmte kongenitale Neutropenien). Im Anschluss soll überprüft werden, ob sich hiPS-Zellen, die aus Patienten mit der entsprechenden Erkrankung gewonnen worden sind, und die entsprechend genetisch modifizierten hES-Zellen bezüglich ihrer Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich ihres Differenzierungsverhaltens, unterscheiden.

hiPS-Zellen aus Patienten mit bestimmten Erkrankungen des Blut- und Immunsystems sowie der Leber sollen dann u. a. hinsichtlich ihrer Expressionsprofile sowie bezüglich ihrer Differenzierung in die von der jeweiligen Erkrankung betroffenen Zelltypen untersucht werden. Dabei ist auch vorgesehen, monogenetische Defekte in hiPS-Zellen mittels verschiedener Gentransfertechniken zu korrigieren und die so veränderten Zellen insbesondere bezüglich ihres Differenzierungspotentials mit hES-Zellen zu vergleichen.

4. Hochrangigkeit der Forschungsziele

Entsprechend der im Antragsverfahren erbrachten wissenschaftlich begründeten Darlegung dienen die genehmigten Forschungsarbeiten an hES-Zellen nach übereinstimmender Auffassung der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung (ZES) und des RKI hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung sowie und können darüber hinaus zur Schaffung von Grundlagen für die Entwicklung neuer diagnostischer und therapeutischer Verfahren zur Anwendung beim Menschen beitragen. Für diese Beurteilung sind folgende Gründe maßgeblich:

Das Vorhaben ist vor allem auf die Etablierung und Analyse von krankheitsspezifischen humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS-Zellen) und deren Charakterisierung gerichtet. Im Mittelpunkt stehen dabei verschiedene Erkrankungen des Immunsystems, beispielsweise kongenitale Neutropenien, sowie genetisch bedingte Erkrankungen der Leber, die – aufgrund des Fehlens relevanter Zellmodelle – zum Teil nur wenig verstanden sind. In den im Vorhaben etablierten und charakterisierten hiPS-Zellen sollen Faktoren und Signalwege untersucht werden, die an der Ausprägung des jeweiligen pathologischen Phänotyps beteiligt sind, was zu einem verbesserten Verständnis der molekularen Pathophysiologie und Pathobiochemie dieser Erkrankungen beitragen kann. Ferner können die dabei gewonnenen Erkenntnisse ggf. zur Identifizierung neuer targets für die Arzneimittelentwicklung genutzt werden.

Im Vorhaben sollen ferner an hES-Zellen bereits etablierte Vorgehensweisen zum Transfer genetischen Materials auf hiPS-Zellen übertragen und an diesen optimiert werden. Durch Transfer spezifischer Gene sollen dann transgene hES- und hiPS-Zellen hergestellt werden, die sich besser als bislang in spezifische Zelltypen, insbesondere des Blut- und Immunsystems, differenzieren lassen. Im Ergebnis können ggf. verbesserte Vorgehensweisen für die Differenzierung menschlicher pluripotenter Stammzellen vorliegen. Die im Vorhaben etablierten hiPS-Zellen und ihre differenzierten Derivate sollen dann u. a. im Hinblick auf das Transkriptom, das Epigenom und das Proteom mit aus hES-Zellen und aus diesen differenzierten Zellen verglichen werden, was ggf. zu neuen Erkenntnissen darüber führen kann, welche Unterschiede zwischen hES- und hiPS-Zellen und aus ihnen differenzierte gewebespezifische Zellen bestehen.

Diese Untersuchungen sollen dann auf hiPS-Zellen ausgedehnt werden, die aus Patienten mit monogenetisch bedingten Erkrankungen des Blut- und Immunsystems sowie der Leber stammen. Dabei soll u. a. die Frage geklärt werden, ob und inwieweit der jeweilige genetische Defekt Veränderungen in den Eigenschaften der hiPS-Zellen und der aus ihnen differenzierten Blut‑, Immun- oder Leberzellen bedingt und ob die beobachteten Veränderungen auf molekularer Ebene (z.B. hinsichtlich des Vorliegens bestimmter Transkripte oder der Methylierung bestimmter Gene) für den jeweiligen pathologischen Phänotyp maßgeblich sind. Hieraus sind Erkenntnisse über molekulare Ursachen der jeweiligen Erkrankungen (beispielsweise über an der Pathogenese beteiligte Signalübertragungs- und Stoffwechselwege) und damit ein besseres Verständnis dieser Krankheiten zu erwarten, was ggf. auch Grundlage für neue Therapieansätzen sein kann.

Schließlich sollen die im Vorhaben etablierten Vorgehensweisen zur genetischen Modifikation von hES- und hiPS-Zellen genutzt werden, um genetische Defekte in krankheitsspezifischen hiPS-Zellen zu korrigieren. Die „reparierten“ Zellen sollen dann insbesondere im Hinblick auf ihr Differenzierungsverhalten mit (genetisch unveränderten) hES-Zellen verglichen werden. Diese Untersuchungen stellen einen Schritt auf dem Weg zur künftigen Entwicklung von neuen Methoden für extrakorporale, zellbasierte Gentherapien dar, da die erforderlichen Gentransfermethoden etabliert bzw. optimiert und bezüglich ihrer Konsequenzen auf die Eigenschaften der genetisch korrigierten Zellen analysiert werden.

5. Notwendige Vorarbeiten und Erforderlichkeit der Verwendung von humanen embryonalen Stammzellen für die mit dem Vorhaben verfolgten Fragestellungen

Im Antragsverfahren wurde dargelegt, dass das Projekt in allen wesentlichen Punkten ausreichend vorgeklärt und die Nutzung humaner ES-Zellen gerechtfertigt ist.

Im Mittelpunkt der genehmigten Forschungsarbeiten steht die Entwicklung von aus hiPS-Zellen abgeleiteten Krankheitsmodellen, wobei hES-Zellen als Referenzmaterial für die Überprüfung insbesondere der Differenzierungsfähigkeit der jeweiligen Zell-Linien genutzt werden. Für einige der im Fokus stehenden Krankheitsmodelle  (beispielsweise die pulmonale Akveolarproteinose, die chronische Granulomatose oder die durch Mutation im p14-Gen bedingte kongenitale Neutropenie) wurden in der Vergangenheit knock out-Mausmodelle entwickelt, an denen die Pathophysiologie der Erkrankung untersucht wurde. Gleichfalls im Mausmodell wurde gezeigt, dass sich aus Gen-korrigierten murinen iPS-Zellen beispielsweise gesunde Mäuse entwickeln konnten. Die Herstellung humaner krankheitsspezifischer pluripotenter Stammzellen sowie ihre erhebliche Bedeutung für das Verständnis der Pathophysiologie der entsprechenden Erkrankung sind in der Fachliteratur umfangreich dokumentiert. Über die Korrektur von genetischen Defekten in humanen (krankheitsspezifischen) iPS-Zellen, die zur Korrektur des pathologischen Phänotyps auf zellulärer Ebene führen, liegen ebenfalls publizierte Studien vor.

Zu den verschiedenen Möglichkeiten der genetischen Modifikation von hES-Zellen wurden in der Vergangenheit zahlreiche Studien durchgeführt und publiziert. Die entsprechenden Vorgehensweisen sollen im genehmigten Forschungsvorhaben auf hiPS-Zellen übertragen, ggf. optimiert und bezüglich ihrer Effektivität mit jenen in hES-Zellen verglichen werden. Da hinsichtlich der Effizienz verschiedener Methoden des Gentransfers in humane und murine pluripotente Stammzellen bekanntermaßen erhebliche Unterschiede bestehen, würde eine weitere Vorklärung dieser Fragestellung unter Nutzung nicht-humaner (beispielsweise muriner) pluripotenter Stammzellen voraussichtlich keinen für die interessierenden Forschungsfragen relevanten Erkenntnisgewinn erbringen können. Die im Projekt zum Einsatz kommenden Methoden und Vorgehensweisen, insbesondere zur Differenzierung von hES-Zellen in verschiedene somatische Zelltypen sowie die Methoden zur Überprüfung der Eigenschaften der pluripotenten Stammzellen und der aus ihnen differenzierten somatischen Zellen, sind in der Literatur vielfach bereits für hES-Zellen beschrieben worden.

Im Antragsverfahren wurde ferner dargelegt, dass sich der mit dem Forschungsvorhaben angestrebte Erkenntnisgewinn voraussichtlich nur unter Verwendung von hES-Zellen erreichen lässt.

Die Verwendung von hES-Zellen erfolgt im genehmigten Forschungsvorhaben, um abschätzen zu können, ob und inwieweit die jeweils hergestellten patientenspezifischen hiPS-Zell-Linien Eigenschaften pluripotenter Zellen aufweisen. Die Nutzung eines anderen Zellmaterials als hES-Zellen für Vergleichszwecke bei der angestrebten Beurteilung der patientenspezifischen hiPS-Zellen (insbesondere hinsichtlich der Frage nach deren Pluripotenz) ist nicht möglich, da hES-Zellen nach gegenwärtigem Kenntnisstand den einzig unstrittig pluripotenten Stammzelltypen des Menschen darstellen.

Gleiches gilt für die aus hiPS-Zellen differenzierten gewebespezifischen Zellen, deren Eigenschaften ebenfalls im Vergleich mit aus hES-Zellen gewonnenen Zellen analysiert werden sollen. Eine Nutzung von primären menschlichen Zellen als Referenzmaterial ist hier nicht möglich. Zum einen ließe sich das erforderliche Referenzmaterial nicht in der für das Forschungsvorhaben benötigten Menge reproduzierbar aus Patienten gewinnen, zum anderen führt die Differenzierung von pluripotenten Stammzellen des Menschen in vitro derzeit noch nicht zu Zellen, die mit primären Zellen identische Eigenschaften haben. Folglich ließe sich nicht ergründen, ob ein potentieller Unterschied zwischen aus hiPS-Zellen differenzierten Zellen und primären Zellen des Menschen auf den jeweiligen genetischen Defekt oder auf die Beschränkungen des genutzten Differenzierungsprotokolls zurückzuführen sind.

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