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Development of a proof of principle model for the therapeutical use of induced Pluripotent Stem (iPS) cells

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Gentherapie zur Behandlung von Mukoviszidose

Zystische Fibrose (CF) bzw. Mukoviszidose ist bei hellhäutigen Kindern die häufigste genetische Erkrankung mit Todesfolge. Durch Kombination von Genanalyse und Zelltherapie eröffnen sich neue Möglichkeiten für eine effektive Behandlung.

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CF ist eine Erbkrankheit, die auf Mutationen im CFTR-Gen (cystic fibrosis transmembrane conductase regulator) zurückgeht. Das Membranprotein CFTR reguliert die Funktion von Chloridkanälen. Bei einer Mukoviszidose zeigen sich erste Symptome bereits in früher Kindheit, wobei zuerst die Lunge und später auch andere Organe betroffen sind. Mit der Identifizierung des CFTR-Gens hofft die Forschung nun, eine wirksame Gentherapie gegen die bislang unheilbare Erkrankung zu entwickeln. Obwohl viele CFTR-Mutationen zur Erkrankung führen können, ist F508 als häufigste Mutation für mehr als 70% aller CF-Fälle in der europäischen Bevölkerung verantwortlich. Das Projekt GOODCELLS lieferte beeindruckende Resultate. Ehrgeiziges Ziel war eine effiziente CF-Therapie mit gentechnisch veränderten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen). iPS-Zellen werden in vitro direkt aus adulten Zellen eines Organismus gewonnen und sind daher patientenspezifisch. Da sich iPS-Zellen in alle Zellen differenzieren können, sind sie vor allem für die regenerative Medizin von Bedeutung. GOODCELLS generierte erfolgreich iPS-Zellen aus Zellen von Patienten und transgenen Mäusen mit F508-Mutation. Als nächstes wurde die F508-Mutation im CFTR-Gen der iPS mittels homologer Rekombination und "piggy-back"-Vektor korrigiert. Validiert wurde die Korrektur im CFTR-Allel durch Polymerase-Kettenreaktion und Sequenzierung. Nach der Charakterisierung der reparierten iPS-Zelllinien wurde ein Protokoll für die In-vitro-Differenzierung erstellt, das den natürlichen Prozess der embryonalen Lungenentwicklung imitiert, und mit dem aus Maus- und humanen Zellen endodermale Proenteron (Vorderdarm)-Zellen erzeugt werden können. Schließlich wurden in mehreren Zelltransplantationsversuchen an Mäusen die Bedingungen für die Lungenregeneration definiert. Differenzierte Mauszelllinien mit dem korrigierten CFTR-Gen wurden intravenös in F508-mutante Mäuse injiziert und zeigten eine deutliche Homing-Tendenz in der Lunge. Die Ergebnisse des Projekts sind von enormer wissenschaftlicher Bedeutung, da der Ansatz neben der CF-Therapie auch für andere Erbkrankheiten geeignet sein könnte.

Schlüsselbegriffe

Gentherapie, zystische Fibrose, cystic fibrosis transmembrane conductase regulator, F508, induzierte pluripotente Stammzellen

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