Diabetes heilen mit künstlichen Zellen?

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Schweizer Wissenschaftlern ist es gelungen, auf einem einfachen Weg aus menschlichen Nierenzellen künstliche Beta-Zellen herzustellen. Diese Zellen funktionieren wie das natürliche Vorbild, nämlich sowohl als Zuckersensoren wie auch als Insulinproduzenten.

Mit einem verhältnismäßig einfachen Ansatz haben Forscherinnen und Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) um Professor Martin Fussenegger künstliche Beta-Zellen hergestellt. Diese können alles, was natürliche Beta-Zellen auf der Bauchspeicheldrüse leisten: Sie messen die Glukosekonzentration im Blut und sie bilden genügend Insulin, um den Blutzuckerspiegel wirkungsvoll zu senken.

Bisherige Ansätze beruhten auf Stammzellen, die die Wissenschaftler zu Beta-Zellen ausreifen ließen, entweder durch Zugabe von Wachstumsfaktoren oder durch den Einbau von komplexen genetischen Netzwerken.

Für ihren neuen Ansatz verwendeten die ETH-Forschenden eine Zelllinie, die auf menschlichen Nierenzellen beruht, so genannte HEK-Zellen. Die Forscher nutzten die natürlichen Glukose-Transportproteine und Kalium-Kanäle in der Membran der HEK-Zellen. Diese erweiterten sie um einen spannungsabhängigen Kalziumkanal sowie um Gene zur Produktion von Insulin und GLP1, einem Hormon, das ebenfalls an der Regulierung des Blutzuckerspiegels beteiligt ist.

Spannungsumkehr bewirkt Insulinproduktion

In den künstlichen Beta-Zellen befördert das natürliche Glukose-Transportprotein der HEK-Zellen Glukose aus dem Blut ins Zellinnere. Sobald der Blutzuckerspiegel eine gewisse Schwelle überschreitet, schließen sich die Kalium-Kanäle. Dadurch kippt die Spannungsverteilung an der Membran, die Kalzium-Kanäle öffnen sich und das einströmende Kalzium löst eine in die HEK-Zellen eingebaute Signalkaskade aus, an deren Ende die Produktion und Ausschüttung von Insulin respektive GLP1 stehen.

Die Wissenschaftler testeten die künstlichen Beta-Zellen vorerst in Mäusen. Dabei entpuppten sich die Zellen als äußerst leistungsfähig. „Sie funktionierten besser und länger als alle bisher weltweit erreichten Lösungen“, betont Prof. Fussenegger.

Langer Weg zur Marktreife

Wann die künstlichen Beta-Zellen auf den Markt kommen, ist allerdings ungewiss. Sie müssen erst verschiedene klinische Tests durchlaufen, ehe sie im Menschen verwendet werden könnten. Solche Tests sind aufwendig und dauern oft mehrere Jahre. „Meistern unsere Zellen alle Hürden, könnten sie in zehn Jahren auf den Markt kommen“, schätzt der ETH-Professor.

Besser spät als nie! Diabetes wird mehr und mehr zur modernen Plage der Menschheit. Im Jahr 2040 werden gemäß Schätzungen der International Diabetes Federation über 640 Millionen Menschen weltweit an Diabetes erkrankt sein. In der Schweiz sind heute eine halbe Million Menschen betroffen. 40.000 davon leiden an Typ-1-Diabetes, der Form also, bei der das körpereigene Immunsystem die insulinproduzierenden Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse restlos zerstört.

BU:Funktionsschema der HEK-Beta-Zellen
©Grafik: ETH Zürich

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