Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr Dr. med. Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie Inselspital, 3010 Bern
Inhalt Einführung Vielfalt der Zellen Definitionen und Typen von Stammzellen Herstellung von Innenohrzelltypen aus Stammzellen Integration von Stammzellen ins hörgeschädigte Innenohr im Tiermodell Stammzellen im Innenohr des Menschen Vorstellung der eigenen Forschungstätigkeit Zusammenfassung
Der Verlust von Haarzellen im Innenohr führt zu irreversibler Hörschädigung beim Säugetier! Gesunde Haarzellen Geschädigte Haarzellen (Lärm, Gifte, etc.)
Diese Tiere brauchen keine Hilfsmittel! Sie regenerieren Haarzellen von Stammzellen
Definition und Stammzelltypen
Stammzelltypen Embryonale Stammzellen Werden vom 4 6 Tage alten Embryo gewonnen Somatische oder adulte Stammzellen werden von Geweben des differenzierten Organismus gewonnen
Li et al, 2003
Embryonale Stammzellen Vorteile: Sind die Zellen mit der grössten Potenz Man kann jede Zelle des Organismus herstellen, auch Innenohrhaarzellen! Grosse Vielfalt, grosse Quantität! Man konnte beim Säugetier Haarzellen im Reagenzglas und nach Injektion in ein Hühnerembryo in vivo herstellen Nachteile: Ethisch problematisch, weil der Embryo obligat zerstört wird Anwendung beim Menschen sehr fraglich
Adulte Stammzellen Werden in den differenzierten Geweben des adulten Organismus gefunden Sind normalerweise verantwortlich für Zellnachschub und Regeneration Werden typischerweise in Geweben mit einem hohen Zellumsatz gefunden Knochenmark Haut Darm
Hirn Retina Lunge Innenohr? Herz Niere Leber Darm Knochenmark Muskel Haut Scott, Stem Cell Now, 2006
Li & Heller, Nat Med 2003
Adulte Stammzellen Vorteile: Ethisch viel weniger Problematisch Anwendung beim Menschen eher möglich Die adulte Stammzelle ist schon näher bei der Zielzelle als die embryonale Stammzelle Man kann beim Säugetier Haarzellen im Reagenzglas und nach Injektion in ein Hühnerembryo in vivo herstellen Nachteile: Weniger grosse Quantität möglich Gewinnung unter Umständen schwierig Kleinere Potenz
Vielfalt der Stammzellen Sowohl embryonale als auch adulte Stammzellen konnten erfolgreich in Haarzellen und Hörnvervenzellen verwandelt werden Es gibt mehrere adulte Stammzelletypen im Innenohr der Maus, die zur Herstellung von Haarzellen verwendet werden können Die Vielfalt der Zellen ist eine gute Voraussetzung für eine allfällige, zukünftige Therapie der Hörminderung
Integration von Stammzellen ins hörgeschädigte Innenohr im Tiermodell
Transplantation Transplantation von Stammzellen in das Innenohr eines hörgeschädigten Tiers A) Die lärmgeschädigte Hörschnecke B) Der giftgeschädigte Hörnerv
A) Die lärmgeschädigte Hörschnecke Parker et al., Hear Res 2007
Stammzelleninjektion in die hörgeschädigte Cochlea Parker et al., Hear Res 2007
Parker et al., Hear Res 2007
Integration der Stammzellen im Corti-Organ und im Hörnervenganglion Differenzierung in Haarzellen und Hörnervenzellen Parker et al., Hear Res 2007
Stammzellentransplantation zur Haarzellregeneration in der Hörschnecke Erfolgreiche Transplantation Sehr kleine Zahl der Stammzellen überlebt, integriert und differenziert Keine Hinweise oder Angaben zur Verbesserung des Gehörs
B) Der giftgeschädigte Hörnerv Corrales et al., J Neurobiol 2006
Stammzellen zur Regeneration des Hörnerven Erfolgreiche Transplantation Stammzellen überleben, differenzieren und integrieren Keine Angaben zur Verbesserung des Hörvermögens
Integration Ist die grosse Knacknuss auf dem Weg zu einer Stammzelltherapie für Hörschädigung Es reicht nicht, Haarzellen in genügender Zahl im Innenohr zu regenerieren, jede Zelle muss perfekt in das hochkomplexe System des Innenohrs integriert werden, damit ein Hörvermögen erreicht werden kann
Andere stammzellbasierte Ansätze zur Therapie der Hörstörung Eventuell Erfolg versprechender als Stammzell-Transplantation Generierung von Haarzellen in grosser Zahl im Reagenzglas, um Medikamente zu testen Protektive Substanzen gegen Lärm, Gifte etc. Regeneriernde Substanzen Indirekte Stammzelltherapie Hilft, die Anzahl Versuchstiere zu reduzieren
Stammzellen zur Herstellung grosser Quantitäten von Haarzellen im Reagenzglas
Stammzellen im Innenohr des Menschen (?) Vorstellung der eigenen Forschungstätigkeit
Problem Um Stammzellen finden zu können, muss Innenohrgewebe des Menschen untersucht werden Die Entfernung von Innenohrgewebe aus dem Innenohr führt obligat zu einem Hörverlust Innenohrgewebe kann also nur bei destruktiven Ohroperationen gewonnen werden, wo das Gehör geopfert wird (Tumoroperationen) Diese Operationen sind sehr selten
Hypothese Können Innenohren von verstorbenen Spendern zur Gewinnung von Stammzellen genutzt werden?
Pilot Studie bei Mäusen Stammzellen haben bis 10 Tage nach dem Tod im Innenohr überlebt Die Stammzellen konnten bis zu 5 Tagen nach dem Tod Haarzellen und Nervenzellen generieren Senn et al., JARO, 2007
Ziele des laufenden Forschungsprojekts Die Existenz von Stammzellen im menschlichen Innenohr zu beweisen Menschliche Haarzellen und Hörnervenzellen im Reagenzglas herzustellen
Das Forschungsprojekt wurde von der ethischen Kommission bewilligt
Zellkultur Trypsin 0.125%, 3-7 min Mechanische Vereinzelung Trituration 20-30 x Einzelzell-Suspension
Vemehrung Differenzierung Sphärenbildung Zelltrennung Zellplatierung Inkubation (37, 7 Tage) + Wachstumsfaktoren EGF, IGF, FGF, HS Immunocytochemie
Resultate
Felsenbeine Spender (Anzahl) 42 Mittleres Patientenalter 72 Jahre (40 86) Mittleres Postmortem Interval 42 Std. (10 120)
Erfolgreiche Gewinnung von Sphären aus dem Gleichgewichtsorgan von 18 Patienten
Preliminäre Schlussfolgerung 1. Stammzellen existieren im menschlichen Innenohr Nachweis für das Gleichgewichtsorgan Corti-Organ? 2. Im Reagenzglas können Haarzellen und Hörnervenzellen hergestellt werden aus Stammzellen
Zusammenfassung Vielfalt der Zellen Stammzellen können beim Säugetier zu Haarzellen und Hörnervenzellen differenziert werden Stammzellen existieren wahrscheinlich auch im Innenohr (v.a. Gleichgewichtsorgan) des Menschen und können im Reagenzglas zu Haar- und Nervenzellen differenziert werden Integration ins hörgeschädigte Tier-Innenohr möglich, aber noch keine Verbesserung des Gehörs beobachtet
Schlussfolgerung Es gibt noch keine Stammzelltherapie für Hörgeschädigte, der Weg zu einer solchen ist noch weit Es ist möglich, dass eine Stammzelltherapie für Hörschädigung auch nicht funktionieren könnte Forschung ist zentral und muss intensiviert werden; dazu gründen wir in der Schweiz derzeit eine Stiftung Swiss Inner Ear Foundation (http://innerear.ch) Patienten mit Hörschädigung sollten nicht auf eine Stammzelltherapie warten, wenn sie jetzt eine Therapie brauchen; Cochlea-Implantate stehen heute zur Verfügung
Danksagung The Heller Lab, Stanford Kazuo Oshima Dawn Teo Veronika Starlinger Stefan Volkenstein Stefan Heller Inner Ear Research Laboratory and Laboratory of Neural Repair, Bern Amir Gorguy Mina Angélique Ducray Stefano di Santo Hans-Rudolf Widmer
Danksagung HNO-Klinik, Inselspital Bern University Department of Pathology Inselspital Christoph Stieger Catherine Reid Markus Huth Rudolf Häusler Marco Caversaccio Alfred Wüthrich Thomas Schaffner
supported by grants Personal grants for young researchers by the SNF 2005 (Boston) and SSMBS 2006 (Stanford) DKF grants-in-aid, Bern DKF research price, Bern MEDEL (from April 1, 2009) Stiftung für Hörgeschädigte Luzern