Freie Sicht auf Alleskönner

Verwandlungen

Arbeitsablauf der Forschung mit induziert pluripotenten Stammzellen

Sie sind Multitalente, höchst wandlungsfähig, heiß begehrt – und äußerst empfindlich: sogenannte pluripotente Stammzellen, aus denen jede Art von menschlichen Körperzellen entstehen kann. Forscher wie der Biotechnologe Dr. Harald Stachelscheid und der Zellbiologe Dr. Manfred Gossen, beide am Berlin-Brandenburger Centrum für Regenerative Therapien tätig, sind nicht nur darauf spezialisiert, diese Alleskönner im Labor zu erzeugen. Sie wollten die Stammzellen auch mithilfe ausgefeilter gentechnischer Techniken so verändern, dass man an ihnen gezielt Wirkstoffe gegen konkrete Erkrankungen testen kann, die bis heute schlecht behandelbar sind. Das allerdings lassen sich die Zellen nur gefallen, wenn sie optimale Bedingungen vorfinden und auf sanfte und sichere Weise manipuliert werden können – wie im EmbryoSafe i-REF^© von Sysmex.

Können Sie uns einen kurzen Überblick über die Forschungsaktivitäten in Ihren Räumlichkeiten auf dem Campus der Charité verschaffen?

Dr. Harald Stachelscheid: In meiner Tätigkeit geht es in erster Linie um die verschiedenen Arbeitsschritte und -abläufe, die anfallen, um induzierte pluripotente Stammzellen aus klinischem Material – also primäres humanes Gewebe oder Zellen – erzeugen zu können. Diese iPS-Zellen werden aus spezialisierten Zellen, z. B. Hautzellen, durch eine sogenannte Reprogrammierung gewonnen und können später in alle Zelltypen des menschlichen Körpers differenziert werden. Meistens zielen die Arbeiten mit iPS-Zellen darauf ab, Untersuchungen neuer Krankheitsmodelle zu entwickeln. Je nach Arbeitsschritt oder besser nach Grad der gentechnischen Manipulation an den Zellen und abhängig von der dazu verwendeten Technologie, werden diese Methoden in Laboratorien der Sicherheitsstufe 1 oder 2 durchgeführt. Diese speziell für gentechnische Arbeiten geforderten Sicherheitsstufen braucht es, damit der Schutz von Personen und Umwelt jederzeit und unter allen Umständen garantiert ist.

Wie kann man sich den daraus resultierenden Nutzen vorstellen?

Stachelscheid: Die Arbeit mit den iPS-Zellen ermöglicht es Wissenschaftlern, Krankheiten im Labor zu modellieren, die bis dahin noch wenig erforscht sind, um auf diese Weise neue Erkenntnisse darüber zu gewinnen. Besonders vielversprechend ist der Ansatz im Bereich genetisch vererbter Krankheiten – also bei Krankheitsbildern, die durch Fehler in den Erbanlagen entstehen.

In solchen Fällen versucht man, Zellen von betroffenen Patienten zu isolieren und zu reprogrammieren, um danach in der Kulturschale einen Krankheitsphänotyp hervorzurufen, mit dem Ziel, Wirkungsweisen und funktionale Effekte besser verstehen zu lernen. In einem weiteren Schritt können dann bestimmte Aspekte gezielt simuliert werden, z. B. um die Wirkung von Medikamenten und Therapien im Rahmen eines konkreten Behandlungskonzepts zu erforschen. Darüber hinaus besteht im Zuge von Behandlungsansätzen prinzipiell die Möglichkeit, von iPS-Zellen abgeleitete, regenerativ wirksame Zellen für die Anwendung im Patienten zu generieren.

Dr. Manfred Gossen: Dazu muss man allerdings beifügen, dass wir momentan präklinisch arbeiten. Die iPS-Herstellung zum Zweck von humantherapeutischen Anwendungen entsprechend „clinical grade standards“ erfordert einen nochmals deutlich erhöhten Mitteleinsatz und umfangreichere Qualitätskontrollen.

Technische Hilfsmittel sind für den Erfolg unerlässlich. Worauf kommt es an, wenn im Bereich pluripotente Stammzellen und embryonale Zellen geforscht wird?

Stachelscheid: Es geht bei unserer Tätigkeit ja nicht nur um die Beobachtung der Kultur, sondern auch um das manuelle Arbeiten an lebenden Zellen. So erfolgt z. B. das sogenannte „Picking“ der Klone bei geöffneter Kulturschale und muss dementsprechend unter sterilen Bedingungen stattfinden. Manipulation und Beobachtung der genetisch veränderten Zellen in einem offenen System erfordern zwingend ein technisches Konzept, das eine Kontamination der Kultur verhindert und eine potenzielle Gefährdung der Mitarbeiter ausschließt. Das bei dem Sysmex-Gerät in die Werkbank eingebaute Mikroskop ist in dem Fall der Garant dafür, dass der Schutz für Produkte und Personen gewährleistet ist und auch entsprechend zertifiziert werden kann, sofern eine technische Abnahme vor Ort erfolgt. Die Integration der Mikroskop-Okulare in die Frontscheibe der Sicherheitswerkbank ermöglicht zudem eine rückenschonende Haltung des Anwenders, z. B. eben beim „Picking“.

Gossen: Beim Arbeiten mit Zellkulturen verwendet man meist eine mit Deckel verschlossene Zellkultur-Platte bzw. -Flasche. Beim Herausnehmen aus der Sterilbank bleiben diese steril, solange das System geschlossen ist. Bei unserer Arbeit mit iPS-Zellen sind wir aber auch darauf angewiesen, diesen Deckel manchmal, z. B. für die gentechnische Manipulation, abzunehmen und damit auch angehalten, alles zu tun, um eine Kontamination der Probe und einen Kontakt der im Raum befindlichen Personen mit beispielsweise Aerosolen der Kultur zu verhindern.

Stachelscheid: Bei der Laborwerkbank selbst ist die beheizbare Oberfläche zentraler Bestandteil, weil die Zellen äußerst sensitiv sind und auf jegliche Schwankung der Kulturbedingungen, z. B. Temperatur aber auch pH-Wert, empfindlich reagieren.

Text Stephan Wilk

Fotoquelle: Sysmex