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Diabetes: Manipulierte Zellen produzieren Insulin nach Bedarf

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Erfolg im Labor  

Manipulierte Zellen produzieren Insulin nach Bedarf

12.04.2016, 17:34 Uhr | Julia Merlot, Spiegel Online

Diabetes: Manipulierte Zellen produzieren Insulin nach Bedarf. Die von den Forschern gezüchteten Zellen könnten die Therapie von Typ-1-Diabetes revolutionieren.  (Quelle: Thinkstock by Getty-Images)

Die von den Forschern gezüchteten Zellen könnten die Therapie von Typ-1-Diabetes revolutionieren. (Quelle: Thinkstock by Getty-Images)

Typ-1-Diabetikern fehlen Zellen, die Insulin herstellen, um den Blutzuckerspiegel zu regulieren. Mit einer Art biologischen App haben Forscher diese Beta-Zellen nun erstaunlich genau nachgezüchtet.

Bei wem die Beta-Zellen in der Bauchspeicheldrüse kaputt sind, der hat ein Problem: Sie produzieren das lebenswichtige Hormon Insulin, das den Blutzuckerspiegel im Körper kontrolliert. Doch wem Insulin fehlt, der muss sich den Stoff spritzen, um Gesundheitsschäden an Organen, Nerven oder Blutgefäßen zu vermeiden. Das betrifft vor allem Typ-1-Diabetiker, bei denen das Immunsystem die Beta-Zellen zerstört hat.

Heilen lässt sich die Krankheit bislang nicht. Doch Forscher arbeiten daran, Beta-Zellen im Labor zu züchten, um sie möglicherweise eines Tages auch Patienten einpflanzen zu können. Henryk Zulewski und Martin Fussenegger von der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) ist es nun gelungen, insulinproduzierende Zellen herzustellen, die ganz ähnlich wie menschliche Beta-Zellen Insulin in Abhängigkeit vom Zuckergehalt der Umgebung ausschütten.

Programmierung ohne Genom-Manipulation

Entstanden sind die Beta-Zellen aus sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS), berichten die Forscher im Fachmagazin "Nature Communications". Ähnlich wie embryonale Stammzellen können diese Zellen noch zu jedem Gewebe heranzureifen, etwa zu Haut-, Blut- oder Muskelzellen werden - oder eben zu Beta-Zellen.

Statt die Zellen wie bisher üblich zur Weiterentwicklung anzuregen, schleusten die Forscher in ihrem Experiment kleine DNA-Stücke, sogenannte Plasmide in die Zellen ein. Auf ihnen waren genetische Informationen gespeichert, mit denen die Forscher ihre Zellen in mehreren Schritten zu Beta-Zellen reifen ließen - ganz ähnlich wie es im Embryo auch passiert.

"Vorstellen kann man sich die Technik wie eine kleine Software oder App, die die Zellentwicklung für einen begrenzten Zeitraum steuert, das Betriebssystem an sich aber nicht verändert", sagt Zulewski. Je nach Entwicklungsstand der Zelle schalteten die Forscher Gene auf den Plasmiden ein oder aus und steuerten darüber die einzelnen Entwicklungsschritte. Das Genom der Zellen selbst manipulierten sie dabei nicht, das Verfahren hinterlässt so keine dauerhaften Spuren im Erbgut.

Insulinproduktion fast wie eine Große

Entstanden sind auf diese Weise Zellen, die menschlichen Beta-Zellen sehr ähnlich sind. "Zwar produzieren unsere Zellen etwas weniger Insulin als natürlich gereifte Beta-Zellen", erklärt Zulewski. "Auf einen Anstieg der Zuckermenge reagieren sie aber in ähnlicher Weise wie das Original." Damit könnten die Zellen langfristig interessant für die Therapie von Diabetes Typ 1 werden.

Ein wichtiger Vorteil dabei wäre, dass die iPS und damit auch die Beta-Zellen aus Körperzellen des Patienten herangezüchtet werden könnten, sodass das Risiko für die Abstoßung sinkt. Dennoch ist weitere Forschung nötig, bevor die Zellen tatsächlich ernsthaft für eine Transplantation in Frage kommen.

So bräuchte man beispielsweise eine Schutzverpackung für die Beta-Zellen, damit sie nicht, genau wie das Original, vom Immunsystem zerstört werden. "Verfahren dafür existieren bereits und wurden schon bei Menschen eingesetzt", sagt Zulewski. Seine Beta-Zellen hat er aber noch nicht in der Verpackung getestet. Zudem muss sichergestellt werden, dass sich die Zellen während ihres Lebens im Labor nicht so verändern, dass sie später im Körper Tumoren entwickeln.

Typ-1-Diabetes ist nicht Typ-2-Diabetes

Der Ansatz von Zulewski und Kollegen ist nicht der erste auf dem Gebiet: 2012 hatten Forscher etwa Darmzellen von Mäusen genetisch so verändert, dass diese ebenfalls zuckerabhängig Insulin herstellten. Beim Menschen wird die Gentherapie bislang noch nicht angewendet. Stattdessen gibt es grundsätzlich die Möglichkeit, eine Bauchspeicheldrüse oder Teile daraus zu transplantieren, allerdings sind Spenderorgane rar.

Schätzungen zufolge haben etwa 300.000 bis 400.000 Menschen in Deutschland Diabetes Typ 1. Nicht zu verwechseln ist dieser mit dem deutlich häufigeren Typ-2-Diabetes, der mit Übergewicht und Bewegungsmangel in Zusammenhang steht: Ungefähr sieben Millionen Menschen in Deutschland werden wegen dieser Zivilisationskrankheit behandelt.

Gegen Typ-2-Diabetes können nachgezüchtete Beta-Zellen allerdings nichts ausrichten. Statt einem Mangel an Insulin besteht das Problem bei Typ-2-Diabetikern in einer Insulinresistenz: Die Zellen in ihrem Körper lassen sich nicht mehr durch Insulin zur Aufnahme von Zucker anregen. So steigt ihr Zuckerspiegel unkontrolliert, auch wenn die Beta-Zellen funktionsfähig sind.


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