Hoffnung für Diabetiker: Organoide aus Stammzellen erzeugen Insulin

Blutzucker ist in unserem Körper von entscheidender Bedeutung. Er ist Energieträger, will aber auch gut dosiert werden. Der wichtigste Stoff für die Regulation des Blutzuckerspiegels ist Insulin, das den Zucker aus dem Blut in die Körperzellen bringt. Bei Diabetikern ist der Insulinhaushalt gestört – mit potentiell gefährlichen Folgen. Forscher haben eine Möglichkeit gefunden, diese Störungen in der Regulation des Blutzuckerspiegels mithilfe von Organoiden automatisch zu regulieren.

Diabetes: Gefährlich gestörtes Regulationssystem

Für die Produktion von Insulin im Körper sind die sogenannten Betazellen verantwortlich. Diese befinden sich in der Bauchspeicheldrüse – genauer gesagt auf inselartigem Zellclustern in dem Organ. Bei einem Überangebot von Zucker im Blut steigern sie die Insulinproduktion und regen so den Transport des Zuckers in die Zellen an. Ein zu hoher Blutzuckerspiegel kann auf Dauer betrachtet die Organe schädigen.

Bei Patienten mit Diabetes sind diese Betazellen entweder geschädigt oder sogar komplett zerstört. Letzteres ist bei Patienten mit Typ-1-Diabetes der Fall. Diese Krankheit lässt sich nur durch die Zuführung von Insulin therapieren – entweder von außen in Form von Spritzen oder von innen mit implantierten Insulinpumpen. Das ist für die Patienten nicht nur eine unangenehme Pflicht, sondern führt auch zu weniger genauen Dosierungen als beim natürlichen Regelsystem über die Betazellen. Alternativ zu den Insulinspritzen oder -pumpen können auch Betazellen transplantiert werden. Dies erfordert jedoch die lebenslange Einnahme von Immunsuppresiva, um Abstoßungen zu verhindern. Derartige Medikamente gehen wiederum mit deutlichen gesundheitlichen Einschränkungen einher.

Forscher züchten Ersatz-Betazellen

Ein Team des Salk Institute for Biological Studies in La Jolla in Kalifornien arbeiten daran, eine alternative Möglichkeit zur Behandlung von Diabetes Typ-1 zu entwickeln. Theoretisch könnte man einfach Betazellen aus dem Gewebe der Patienten züchten, erklären die Forscher. Allerdings wäre dies sehr teuer. Ersatz-Betazell-Gewebe, das generell nicht vom Immunsystem angegriffen wird, wäre da eine deutlich günstigere Lösung.

In der Vergangenheit konnten die Forscher bereits Beta-ähnliche Zellen aus Stammzellen züchten. Diese Zellen waren jedoch noch nicht funktionsfähig, da sie kein Insulin ausschütteten. Nun entdeckten die Forscher jedoch einen genetischen Schalter namens ERR-gamma, der ihre künstlich gezüchteten Betazellen funktionsfähig machen kann. Mit Hilfe eines Proteins namens WNT4 können sie diesen Reifungsschalter quasi umlegen. „ Wenn ERR-gamma aktiv ist, bekommen die Zellen die Energie, die sie für ihre Arbeit benötigen. Unsere Zellen sind nun gesund und robust und können Insulin abgeben, wenn sie einen hohen Glukosespiegel wahrnehmen„, so Michael Downes, der an der Studie beteiligt war.

Eine große Herausforderung war die Anordnung der Beta-ähnlichen Zellen. Die Forscher konnten aus induzierten pluripotenten Stammzellen menschliche Organoide (HILOs) herstellen, die den Pankreasinseln des Menschen ähneln und transplantiert werden können.

Protein versteckt die Zellen vor dem Immunsystem

Das Problem der Immunabstoßung bekamen die Forscher in den Griff, indem sie die Zellen mit einem speziellen Kontrollprotein namens PD-L1 schützten. „ Durch die Expression von PD-L1, das als Immunblocker wirkt, sind die transplantierten Organoide in der Lage, sich vor dem Immunsystem zu verstecken„, erklärt Eiji Yoshihara, der Erstautor der Studie.

Anschließend entwickelten die Forscher eine Methode, um die Organoide dazu zu bringen, das Protein ohne genetische Modifikationen herzustellen. Dies erreichten sie mit einer Behandlung mit Interferon gamma. In Versuchen mit an Diabetes erkrankten Mäusen konnte das Team zeigen, dass die Organoide den Blutzuckerspiegel der Tiere regulierten, ohne dass es zu Abstoßungsreaktionen kam. „ Wenn wir dies als Therapie beim Menschen etablieren könnten, bräuchten Diabetes-Patienten keine immunsuppressiven Medikamente mehr einzunehmen„, so Downes.

Allerdings muss noch einiges an Forschungsarbeit geleistet werden, bevor die Methode für die Behandlung von Diabetes Typ-1 genutzt werden kann. Die Organoide müssen weiter in Tiermodellen getestet werden, um zu bestätigen, dass die Wirkung langanhaltend ist. Außerdem muss die Übertragbarkeit der Behandlung auf den Menschen getestet werden. Die Forscher sind diesbezüglich allerdings zuversichtlich.

via Salk Institute