Welche Krankheiten können mit Stammzellen behandelt werden?

Blutstammzellen Klinische Studien Nabelschnurblut Augenkrankheiten

Es ist nicht die Nachricht, die viele gerne hören möchten, aber es gibt nur wenige genehmigte klinische Anwendungen von Stammzellen. Einige Anwendungen werden zur Zeit in klinischen Studien für eine Reihe von Erkrankungen getestet. Weltweit wird sehr intensiv mit Stammzellen und deren Anwendung geforscht.

    Die am besten etablierte und weitverbreitete Stammzellentherapie ist die Transplantation von Blutstammzellen zur Behandlung von Krankheiten des Blutes und des Immunsystems oder zur Wiederherstellung des Blutsystems nach bestimmten Krebstherapien.

    Seit den 1980er-Jahren werden mithilfe von Stammzellen in der Haut Hauttransplantationen durchgeführt, um großflächige schwere Verbrennungen zu behandeln.

    Eine neue Stammzell-basierte Behandlung zur Reparatur von Schäden der Hornhaut des Auges (Cornea), wie sie nach Verletzungen beispielsweise durch chemische Verätzungen austreten, ist vor Kurzem für den europäischen Markt zugelassen worden (Link auf Englisch). Das Produkt Holoclar® ist die derzeit einzige klinisch zugelassene Stammzelltherapie für das Auge. Diese Behandlung gibt Patienten mit geschädigter Hornhaut (dem klaren äußersten Teil des Auges) Sehkraft zurück, indem limbale Stammzellen aus dem Labor in Bereiche des Auges transplantiert werden, in denen diese Zellen fehlen.

    Derzeit sind das die einzigen Stammzellentherapien, deren Sicherheit und Wirksamkeit umfassend bestätigt wurden.

    Einige Anwendungen von Stammzellen für eine Reihe von Erkrankungen werden in klinischen Studien untersucht. Für die Feststellung, ob eine dieser Anwendungen funktionieren wird, ist es noch zu früh. Der Prozess der klinischen Studien ist wichtig, um den Nachweis zu erbringen, dass eine neue getestete Behandlung sicher und effektiv ist sowie besser als vorhandene Behandlungen.

    Es gibt mehrere laufende oder abgeschlossene klinische Studien mit pluripotenten Stammzellen. Die wichtigsten Felder mit Fortschritten sind im folgenden dargestellt:

    Die folgende Liste zeigt den Fortschritt in neuen, laufenden oder abgeschlossenen klinischen Studien mit Gewebestammzellen.

    Es ist erwähnenswert, dass es zahlreiche weitere klinische Studien gibt, die hier nicht weiter aufgeführt sind, zum

    • Testen von speziellen Medikamenten zur Stimulierung von Stammzellen im Körper des Patienten

    Herstellen von Zellen oder Zelllinien, die in Forschung und klinischen Studien verwendet werden sollen

    Trotz intensiver Forschung gibt es immer noch wenige sichere und wirksame Stammzell-basierte Behandlungen für Patienten. Demgegenüber steht eine hohe Erwartung für neue Therapien aus der Stammzellforschung, die allerdings zur Zeit noch nicht erfüllt werden kann. Zum Teil ist dies darauf zurückzuführen, dass komplexe Krankheiten, die derzeit nicht oder nur unzureichend behandelt werden können, komplizierte Behandlungen erfordern (oft auch auf den einzelnen Patienten zugeschnitten also personalisiert).

    Wie bei jeder neuen innovativen Technologie müssen alle Verfahren experimentell erforscht werden, bis sie erfolgreich die Stadien der klinischen Studien durchlaufen haben. Diese Studien sind erforderlich, um die Sicherheit und den klinischen Nutzen nachzuweisen. Erst dann kann eine Behandlung für die generelle Anwendung genehmigt werden.

    Stammzellbehandlungen sind immer sehr spezialisierte Anwendungen. Sie sollten daher nur in spezialisierten Kliniken durchgeführt werden, die eine Zulassung von den nationalen Gesundheitsbehörden haben. Einige Kliniken und Institute werben mit sogenannten Stammzellprodukten, die nicht durch strenge nationale und europäische Zulassungsbehörden zugelassen sind und auch nicht auf fundierten wissenschaftlichen Grundlagen beruhen. Extreme Vorsicht ist bei der Anwendung und Bezahlung von solchen Behandlungen in Europa oder in außereuropäischen Ländern angeraten.

    Die am besten etablierte und weitverbreitete Stammzellentherapie ist die Transplantation von Blutstammzellen zur Behandlung von Krankheiten des Blutes und des Immunsystems oder zur Wiederherstellung des Blutsystems nach bestimmten Krebstherapien. Das US National Marrow Donor Program führt eine umfassende Liste der Krankheiten, die durch die Transplantation von Blutstammzellen therapierbar sind (auf Englisch).  In Europa werden jährlich über 26.000 Patienten mit Blutstammzellen behandelt.

    Seit den 1970er-Jahren werden mithilfe von Hautstammzellen Hauttransplantationen durchgeführt, um sogar großflächige schwere Verbrennungen zu behandeln. Nur an wenigen Studienzentren kann diese Behandlung durchgeführt werden. Sie steht derzeit nur Patienten mit lebensbedrohlichen Verbrennungen zur Verfügung.

    Eine neue Stammzell-basierte Behandlung zur Reparatur von Schäden der Hornhaut des Auges (Cornea), wie sie nach Verletzungen beispielsweise durch chemische Verätzungen austreten, ist vor Kurzem für den europäischen Markt zugelassen worden (auf Englisch). Das Produkt Holoclar® ist die derzeit einzige klinisch zugelassene Stammzelltherapie für das Auge. Diese Behandlung gibt Patienten mit geschädigter Hornhaut (dem klaren äußersten Teil des Auges) Sehkraft zurück, indem limbale Stammzellen aus dem Labor in Bereiche des Auges transplantiert werden, in denen diese Zellen fehlen.

    Die Stammzelltherapie gehört seit den 1970er Jahren zur klinischen Routine. Dank der Eigenschaften von Blutstammzellen kann man das erkrankte Blutsystem eines Patienten durch eine Knochenmarktransplantation für den Rest seines Lebens ersetzen. Jedes Jahr profitieren viele Tausend Patienten von dieser Behandlungsmethode, auch wenn Komplikationen ebenso wie bei anderen Organtransplantionen möglich sind: Es kommt vor, dass die Immunzellen des Spenders das Gewebe des Empfängers angreifen (Graft-versus-Host-Reaktion, GvHD). Außerdem ist die Behandlung mit einem erhöhten Infektionsrisiko verbunden, weil die Knochenmarkzellen des Empfängers vor der Transplantation durch eine Chemotherapie zerstört werden müssen.

    Hautstammzellen werden seit den 1980er Jahren verwendet, um im Labor neue Haut für Patienten mit schweren Verbrennungen zu züchten. Die neue Haut hat jedoch weder Haarfollikel noch Schweiß- oder Talgdrüsen (Hautfett). Das Verfahren ist also alles andere als perfekt und es bedarf weiterer Forschung, um es zu verbessern. Zurzeit wird es hauptsächlich verwendet, um Patienten mit sehr großflächigen, drittgradigen Verbrennungen zu retten, und es kommt nur in wenigen Klinikzentren zum Einsatz.

    Stammzellen aus Nabelschnurblut werden nach der Geburt eines Kindes aus der Nabelschnur gewonnen. Die Zellen werden in Zellbanken tiefgefroren (kryokonserviert) und man verwendet sie derzeit zur Behandlung von Kindern mit bösartigen Blutkrankheiten wie Leukämie oder genetisch bedingten wie der Fanconi-Anämie. Die Behandlung von Erwachsenen stellt bislang aufgrund der geringen Anzahl der Zellen, die man aus einer einzelnen Nabelschnur gewinnen kann, eine größere Herausforderung dar. Daher muss bei Erwachsenen ein Doppeltransplantat (d. h. Stammzellen aus zwei verschiedenen Nabelschnüren) verabreicht werden. Auch wenn ein Vorteil von Nabelschnurtransplantaten darin besteht, dass sie offenbar seltener als konventionelle Knochenmarktransplantate abgestoßen werden, muss das Nabelschnurblut dennoch zum Empfänger passen, damit die Behandlung Erfolg hat. Und selbst in diesem Fall kann eine verstärkte Immunantwort bei erwachsenen Transplantat-Empfängern Probleme zur Folge haben.

    Bisher können nur Blutkrankheiten mit Stammzellen aus Nabelschnurblut behandelt werden. Zwar haben einige Studien darauf hingedeutet, dass Nabelschnurblut Stammzellen enthalten könnte, die andere Arten von spezialisierten Zellen als Blutzellen bilden, doch keines dieser Forschungsergebnisse konnte bisher bestätigt werden.

    Mesenchymale Stammzellen (MSC) finden sich im Knochenmark und sind für die Reparatur von Knochen- und Knorpelgewebe verantwortlich. Darüber hinaus können sie auch Fettzellen bilden. Frühe Forschungsergebnisse deuteten darauf hin, dass MSC in viele andere Zelltypen differenzieren können und dass sie auch aus einer ganzen Reihe von anderen Geweben und nicht nur aus dem Knochenmark gewonnen werden können. Diese Vermutungen konnten bisher nicht bestätigt werden. Unter Wissenschaftlern wird noch über die genaue Art, der aus diesen anderen Geweben gewonnenen Zellen (die ebenfalls als mesenchymale Stammzellen bezeichnet werden), diskutiert.

    Bislang haben sich noch keine Therapien mit mesenchymalen Stammzellen als wirksam erwiesen. Einige klinische Studien untersuchen allerdings die Sicherheit und Wirksamkeit der Behandlung mit MSC zur Reparatur von Knochen- und Knorpelgewebe. Andere Studien untersuchen den eventuellen Nutzen von MSC bei der Reparatur von Blutgefäßen, die durch einen Herzinfarkt oder durch Krankheiten wie die kritische Extremitätenischämie geschädigt wurden. Es ist aber bislang noch nicht geklärt, ob diese Behandlungen wirksam sein werden. Mehrere andere Eigenschaften der MSC wie ihr möglicher Einfluss auf die körpereigene Immunreaktion im Sinne einer entzündungshemmenden Wirkung  zur Behandlung der Transplantatabstoßung oder von Autoimmunerkrankungen werden in der laufenden Forschung untersucht. Zur Beurteilung ihres künftigen therapeutischen Wertes sind noch zahlreiche Studien erforderlich.

    Klinische Studien an Patienten haben gezeigt, dass Gewebestammzellen aus einem als Limbus bezeichneten Bereich des Auges verwendet werden können, um Schäden der Hornhaut – der transparenten Gewebeschicht im vorderen Augenbereich – zu reparieren. Bei schweren Hornhautschäden, zum Beispiel durch eine Verätzung, kann man limbale Stammzellen des Patienten im Labor vermehren und in das geschädigte Auge bzw. die geschädigten Augen zurücktransplantieren, um das Sehvermögen wiederherzustellen. Dies funktioniert jedoch nur bei Patienten, die in einem Auge noch intakte limbale Zellen haben. In klinischen Studien hat sich die Behandlung als sicher und wirksam erwiesen. Sie wurde nun von den Zulassungsbehörden in Europa zur umfassenden Anwendung zugelassen (auf Englisch). Limbale Stammzellen sind eine von drei Stammzelltherapien (Behandlungen mit Blutstammzellen und Hautstammzellen sind die anderen beiden), die in Europa von Gesundheitsdienstleistern angeboten werden.

    Vor kurzem konnten menschliche ES-Zellen (embryonale Stammzellen) hergestellt werden, die den strengen Qualitätsanforderungen für den Einsatz am Menschen genügen. Diese menschlichen ES-Zellen „klinischen Grades“ wurden für den Einsatz in wenigen frühen Studien zugelassen. Ein Beispiel ist eine vom „The London Project to Cure Blindness“ (auf Englisch) durchgeführte Studie, in der mithilfe von ES-Zellen ein bestimmter Zelltyp des Auges hergestellt wird, um Patienten mit altersabhängiger Makuladegeneration (AMD) zu behandeln. Das Biotechnologieunternehmen AIRM (auf Englisch) verwendet ebenfalls menschliche ES-Zellen, um Zellen für die Behandlung der AMD und einer anderen Augenkrankheit, der Stargardt'schen Makuladystrophie, herzustellen. Erste klinische Studien zu beiden Erkrankungen sind nun abgeschlossen. Bevor diese Therapien einer Vielzahl von Patienten angeboten werden können, müssen ihre Sicherheit, Unbedenklichkeit und Wirksamkeit in laufenden Langzeitstudien untersucht werden. Sind die ersten klinischen Studien in Bezug auf Sicherheit und klinischen Nutzen erfolgreich, kann es gut sein, dass aus der ES-Zellen-Forschung bald die ersten klinischen Anwendungen hervorgehen. Doch Therapien für andere Krankheiten als AMD und Stargardt’sche Makuladystrophie, bei denen ES-Zellen eingesetzt werden, müssen sich in klinischen Studien denselben ausführlichen Tests auf Sicherheit und Wirksamkeit unterziehen. Der Weg zum Erfolg ist lang und beschwerlich, wie in unserem Comic gezeigt wird.

    2014 wurde die bisher einzige klinische Studie mit iPS-Zellen (induzierten pluripotenten Stammzellen) gestartet. Doch die Studie zur Behandlung einer degenerativen Augenerkrankung wurde bald wegen Sicherheitsbedenken ausgesetzt. iPS-Zell-Therapien haben noch einen langen Weg vor sich, bis die Sicherheit der Zellen und die klinische Wirksamkeit im Alltag endgültig belegt werden können (auf Englisch).

    Die Verwendung von Zellen als Modellsysteme zur Krankheitsforschung ist eine etablierte Vorgehensweise.

    In den letzten Jahren wurden Stammzellen als wirkungsvolles Mittel zur Erstellung von patientenabgeleiteten Modellsystemen zur Krankheitsforschung verwendet, um einerseits die molekulare Grundlage für Erkrankungen zu verstehen und um sie andererseits zur Arzneimittelentwicklung (in der Petrischale) zu verwenden. Genetische Störungen rühren nicht immer von einer Mutation in einem einzelnen Gen (bezeichnet als monogenetische Störungen) oder in einem größeren Baustein des Genoms, einem Chromosom, (bezeichnet als chromosomale Störungen) her. Viele Erkrankungen sind komplexer und werden von gleichzeitigen Mutationen in einer Reihe von Genen hervorgerufen. Modelle solcher Störungen zu erstellen, ist selbst mit modernen Techniken des Genome-Engineering schwierig. iPS-Zellen können in diesen Situationen jedoch helfen.

    Die Generation der iPS-Zellen ist für die Erforschung von Krankheiten und die Arzneimittelentwicklung von enormer Bedeutung. Zum Beispiel haben Forscher aus Hautzellen von Patienten mit neurologischen Störungen wie beim Down-Syndrom oder der Parkinson-Krankheit iPS-Zellen hergestellt und daraus Gehirnzellen gezüchtet. Diese im Labor gezüchteten Gehirnzellen weisen Krankheitsmerkmale der jeweiligen Patienten auf. Das hilft dabei, die Krankheitsmechanismen nachzuvollziehen – die Forscher können sie in der Petrischale beobachten – und neue Medikamente zu suchen und zu testen.

    Hier noch ein paar Beispiele für weitere Krankheiten, für die mit ES-Zellen oder iPS-Zellen Modelle erstellt wurden oder bei denen die Arzneimittelentwicklung mit pluripotenten Stammzellen bereits läuft (weitere Informationen auf Englisch erhalten Sie über die Links und in der Literaturliste unten):

     

    Literatur:

    1. Simsek, S. et al. Modeling Cystic Fibrosis Using Pluripotent Stem Cell-Derived Human Pancreatic Ductal Epithelial Cells. Stem Cells Translational Medicine 5, 572–579 (2016). (No access without subscription.)

    2. Luo, Y. et al. Uniparental disomy of the entire X chromosome in Turner syndrome patient-specific induced pluripotent stem cells. Nature Cell Discovery 1–11 (2015). doi:10.1038/celldisc.2015.22 (This article is available  to readers for free)

    3. DeRosa, B. A. et al. Derivation of autism spectrum disorder-specific induced pluripotent stem cells from peripheral blood mononuclear cells. Neuroscience Letters 516, 9–14 (2012). (This article is available to readers for free)
    4. Ardhanareeswaran, K., Coppola, G., & Vaccarino, F. The Use of Stem Cells to Study Autism Spectrum Disorder. The Yale Journal of Biology and Medicine, 88(1), 5–16 (2015). (This article is available to readers for free )
    5. Ko, H. C. & Gelb, B. D. Concise Review: Drug Discovery in the Age of the Induced Pluripotent Stem Cell. Stem Cells Translational Medicine 3, 500–509 (2014). (This article is available to readers for free)
    6. Bellin, M., Marchetto, M. C., Gage, F. H. & Mummery, C. L. Induced pluripotent stem cells: the new patient? Nature Reviews Molecular Cell Biology 13, 713–726 (2012). (No access without subscription.)

    7. Avior, Y., Sagi, I. & Benvenisty, N. Pluripotent stem cells in disease modelling and drug discovery. Nature Reviews Molecular Cell Biology 170–182 (2016). doi:10.1038/nrm.2015.27 (This article is available to readers for free)

    Dieses Informationsblatt wurde von Claire Cox erstellt und von Austin Smith mithilfe der Expertise von Paolo Bianco, Ian Chambers, Allen Eaves, Tariq Enver und Thomas Graf rezensiert. Es wurde überprüft und bearbeitet von Sabine Gogolok und erneut rezensiert von Phil Rossall, Forschungsmanager (Wissensmanagement), Age UK und Fellow, University of Edinburgh (Wissensaustausch).

    Die Übersetzung des Informationsblatts wurde durch das German Stem Cell Network (GSCN) und Birgit Wahl realisiert.

    Bilder: Claire Cox, Peter Kirwan, Aoife O’Shaughnessy, Labor Jürgen Knoblich.

    Animation: Duncan Brown.