Erstmals Stammzelllinien mit erweitertem Potenzial von Schweinen etabliert

(03.06.2019) Im Rahmen einer Zusammenarbeit von Friedrich-Loeffler-Institut, Institut für Nutztiergenetik in Mariensee in Deutschland, der Universität in Hongkong, Li Ka Shing Faculty of Medicine, School of Biomedical Sciences (HKUMed) und dem Wellcome Sanger Institute in Cambridge in Großbritannien, ist es zum ersten Mal gelungen, embryonale Stammzelllinien mit erweitertem Potenzial (Expanded Potential Stem Cells, EPSCs) aus Schweineembryonen zu gewinnen.

Sie ebnen den Weg für die weitere Erforschung der Entwicklungsbiologie sowie für die translationale Forschung in der Genetik, Medizin, Biotechnologie und Landwirtschaft. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Cell Biology veröffentlicht.

Friedrich-Loeffler-Institut, Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit Die EPSCs konnten erstmalig aus frühen Embryonen von Schweinen gewonnen werden. Den Wissenschaftlern des Instituts für Nutztiergenetik gelang dies durch eine neue Nährlösung, die in Hongkong und Cambridge entwickelt wurde.

Dr. Monika Nowak-Imialek vom Institut für Nutztiergenetik sagt: „Unsere aus Schweineembryonen isolierten porcinen EPSCs sind die ersten gut charakterisierten Zelllinien von Schweinen weltweit.

Das Potenzial von EPSCs, sich zu jedem Zelltypen zu entwickeln, eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklungsbiologie, regenerative Medizin, Organtransplantation, Krankheitsmodelle und bei der Suche nach potenziellen Medikamenten.”

Die neuen Stammzellen zeigen die für embryonale Stammzellen typische Morphologie und Genexpression. Sie können sich selbst erneuern und sind dadurch prinzipiell unbegrenzt in Kultur zu halten.

Verglichen mit somatischen Zellen, die nur eine begrenzte Lebensdauer haben, eignen sich Stammzellen viel besser für langwierige Selektionsprozesse. Diese Schweinestammzelllinien sind mit neuen Genomeditierungsverfahren wie CRISPR/Cas leicht zu modifizieren, was besonders bei der Generierung von Krankheitsmodellen interessant ist.

Eine der einzigartigen Eigenschaften dieser Zelllinien ist ihre hohe Entwicklungsfähigkeit nicht nur in zahlreiche Zelltypen des Organismus, sondern auch in extraembryonales Gewebe, den Trophoblasten. Deshalb haben die Forscher ihre Zellen „Stammzellen mit erweitertem Potenzial“ (Expanded Potential Stem Cells, EPSCs) genannt.

Diese Fähigkeit könnte sich als wertvoll für die zukünftige vielversprechende Organoid-Technologie erweisen, bei der organähnliche kleine Zellansammlungen in 3D-Agregaten gezüchtet werden, die zur Erforschung der frühen Embryonalentwicklung, von verschiedenen Krankheitsmodellen und Prüfung von neuen Medikamenten in Petrischalen verwendet werden können.

Zudem konnten die Autoren zeigen, dass aus ihren Schweinestammzellen Trophoblast-Stammzellen generiert werden können. Dieser Zelltyp bietet einzigartige Möglichkeiten, Untersuchungen zu Funktion und Krankheiten der Plazenta in vitro durchzuführen zu können.

In weiteren Experimenten gelang es, eine embryonale Schweinestammzelllinie in primordiale Keimzell-ähnliche Zellen (Primordial Germ Cell-like Cells, PGCLCs), die Vorläuferzellen von Eizellen und Spermien sind, zu differenzieren.

Ein wesentlicher Schritt in der Zukunft wäre hier zu erforschen, wie weit es möglich ist, aus diesen Zellen Sperma bzw. Eizellen in befruchtungsfähigem Status zu erstellen. Die neuen Stammzellen eröffnen außerdem eine wichtige Grundlage für die medizinische Forschung.

Im Vergleich zur Maus ist das Schwein genetisch, anatomisch und physiologisch dem Menschen sehr viel ähnlicher und damit auch ein besser geeignetes Tiermodel. Die Überprüfung des Wirkmechanismus und der Sicherheit einer Stammzelltherapie beim Schwein könnte somit eine bedeutende Rolle für zukünftige Therapieansätze beim Menschen spielen.

Embryonale Stammzellen (ES) werden aus den inneren Zellen von sehr frühen Embryonen, den sogenannten Blastozysten, gewonnen. Embryonale Stammzellen sind Alleskönner und können sich in Kultur in verschiedenste Zelltypen des Körpers entwickeln. Diese Eigenschaft nennt man Pluripotenz.

Bisherige Versuche, pluripotente embryonale Stammzelllinien aus Nutztieren wie Schwein oder Rind zu etablieren, resultierten in Zelllinien, die nicht alle Eigenschaften der Pluripotenz erfüllt haben und deshalb „ES‐ähnlich“ genannt wurden.


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