Stammzellen als Quelle für Toxikologie-Tests
Pluripotente Stammzellen, embryonale Stammzellen (ES-Zellen) und induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) Zellen haben die Fähigkeit, sich in alle Gewebearten des Körpers zu differenzieren. Neue Rollen für pluripotente Stammzellen entstehen in der regenerativen Medizin und in der In-vitro-Diagnostik. Das Ziel des EU-geförderten Projekts SCR&TOX (Stem cells for relevant efficient extended and normalized toxicology) war die Entwicklung von in-vitro-Toxizitätstests unter Verwendung von pluripotenten Zelllinien. Aktuellen Methoden mangelt es an Empfindlichkeit oder sie verwenden Tiere, um die Toxizität und Sicherheit von verschiedenen Produkten und Wirkstoffen zu bewerten. Durch die Verwendung von Stammzellen, die zu dem zu untersuchenden Gewebe differenziert werden, wollten die SCR&TOX-Forscher diese Mängel überwinden. Der erste Teil von SCR&TOX galt der Entwicklung der für Toxizitätstests erforderlichen Ressourcen. Humane ES- und iPS-Zelllinien wurden gesammelt und im undifferenzierten Zustand gelagert. Die Technologien, einschließlich der Automatisierung, wurden eingeführt, um ES- und iPS-Zelllinien, optimiert für den Einsatz in standardisierten Tests, zu erhalten. Entsprechende Protokolle für die Differenzierung von pluripotenten Zellen in Derivate von fünf toxikologisch relevanten Linien (Leber, Neuronen, Herz, Haut und Muskel) wurden entworfen. SCR&TOX validierte alle Technologien und Methoden, die für die Entwicklung von effizienten zellbasierten Assays erforderlich sind, sowie die Anwendbarkeit auf pluripotente Stammzellen-Derivate. Diese Validierung umfasste neugestaltete Verfahren zur funktionellen Analyse von Zellantworten auf mögliche toxische Substanzen. In der letzten Stufe von SCR&TOX sollten die ausgewählten zellbasierten Assays für die industrielle Anwendung übersetzt werden. Die Übertragung der Technologien der entwickelten und validierten Tests umfasste ihre Aneignung für den industriellen Betrieb. Alle Standard-Betriebsverfahren und -Protokolle wurden auf die industriellen Plattformen angepasst, mit besonderem Schwerpunkt auf Miniaturisierung und Standardisierung. Die von dem Projekt entwickelten Ressourcen ermöglichten den Forschern, die spezifische Toxizität von Medikamenten für eine Vielzahl von Zell-Phänotypen zu reproduzieren und zu quantifizieren. Insbesondere fanden sie heraus, dass wiederholte Toxizitätsdosen molekulare Veränderungen hervorriefen, die sich von jenen, die eine akute Reaktion auf die gleiche Dosis eines Giftstoffs begleiten, unterschieden. Wichtig war die Neubewertung der myopathischen Toxizität von Statinen mithilfe der Projektentwicklungen, die darauf schließen ließ, dass eine zytostatische Wirkung die chronischen Muskelschmerzen bei Patienten, die regelmäßig Statine nehmen, verursachen kann. Diese Ergebnisse unterstreichen die klinische Relevanz der durch das SCR&TOX-Projekt entwickelten In-vitro-Ansätze.
Schlüsselbegriffe
Stammzellen, Toxikologie, in-vitro-Assays, SCR&TOX, Toxizitätstests, Statine