DECHEMA-Forschungsstipendium zur Optimierung zellfreier Therapieansätze

Zur Therapie degenerativer Krankheiten und zur Stimulation von regenerativen Prozessen sind derzeit auch extrazelluläre Vesikel (EVs) im Fokus.

In den letzten Jahren sind viele Zelltherapien entwickelt worden, die großes Potential versprachen. Stammzellbehandlungen sollten den Verlauf der Gewebedegeneration stoppen und die Regeneration einleiten bis zur vollständigen Wiederherstellung von Organfunktionen. Allerdings stellte sich heraus, dass viele Stammzelltherapien ineffektiv sind und selbst autologe (von Patient*innen kommende) Stammzellen unvorhergesehene Risiken mit sich bringen können, wie zum Beispiel Abstoßungsreaktionen oder die Entartung von Zellen.

Im Zuge der Untersuchung der Wirkungsweisen und Mechanismen von Zelltherapien wurde entdeckt, dass (Stamm)zell-produzierte EVs einen wichtigen Faktor der Signal- und Informationsübertragung zur Regeneration von Gewebe darstellen. EVs übermitteln biologisch aktive Moleküle wie Proteine, Lipide oder RNA von Stammzellen an geschädigte Zellen und vermitteln so therapeutische Effekte. 

Die Zell-freie Behandlung mit EVs ist eine vielversprechende Alternative zur Zelltherapie, die effektiver, sicherer und günstiger ist. Jedoch, wie die Effektivität der Stammzelltherapie vom Zustand der Ausgangszellen abhängig ist, sind auch die Anwendbarkeit und die Beladung der Vesikel abhängig vom abstammenden Zelltyp und dessen äußeren Einflüssen während der Herstellung. Die Kultivierungsbedingungen der produzierenden Zellen können also direkt die Beladung und damit die biologische Wirkung und therapeutisches Potenzial der EVs beeinflussen.

Um die Beladung und Effektivität von EVs aus unterschiedlichen Kulturbedingungen genauer zu untersuchen fördert die Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (Dechema) die Forschungsarbeit von Dr. Sebastian Kreß mit dem Max Buchner Forschungsstipendium. 

Innerhalb der geförderten Arbeit werden als Zellquelle mesenchymale Stammzellen (MSC) aus Fett- und Nabelschnurgewebe verwendet. MSCs zeigen ein hohes therapeutisches Potential, welches durch viele klinische Studien bestätigt wurde. Darüber hinaus gibt es viele Hinweise, dass hauptsächlich MSC-abgeleitete EVs verantwortlich für die Übertragung therapeutischer Effekte sind. Sie vermitteln Kommunikation und Signaltransduktion und können so den Metabolismus der Zielzellen beeinflussen. Allerdings verlieren Stammzellen meist ihr volles Potential unter normalen in vitro Standardkulturbedingungen, was sich auch auf die Wirksamkeit von regenerativen Therapien auswirkt. Daher ist es wichtig die in vivo Situation bestmöglich nachzustellen. Aus diesem Grund werden in diesem Projekt zunächst aus Spendermaterial primär isolierte Stammzellen unter physiologischen Bedingungen kultiviert, so dass die in vivo Funktionalität der Zellen erhalten bleibt. Dazu wird der Einfluss von Sauerstoffsättigung (Normoxie und Hypoxie), 3D Kultur, sowie statische und dynamische Bedingungen untersucht. Zur Überprüfung der Funktionalität der EVs werden diese zur Behandlung von Endothelzellen in Wundheilung und zur Gefäßneuformation eingesetzt. 

Die Ergebnisse dieser Studie werden eine Inzidenz liefern über den Einfluss wichtiger Prozessparameter auf die Funktionalität von EVs. Dies wird eine fundierte Grundlage bilden für weiterführende Studien mit dem Ziel EVs als Zell-freie Therapeutika einsetzen zu können. 
 

Bei Rückfragen:

Dr. Sebastian Kreß
DBT - Institut für Zell- und Gewebekulturtechnologien
Email: sebastian.kress@boku.ac.at