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Screening-Plattform für gezielte Erbgutveränderungen

Mit der gezielten Veränderung des Erbguts können genetische Erkrankungen des Menschen im Tiermodell nachgeahmt werden. Dabei können sowohl Mechanismen der Krankheitsentstehung und ihres Fortschreitens untersucht, als auch mögliche neue Therapien auf ihre Wirksamkeit und Sicherheit überprüft werden. Mit Hilfe der sogenannten Gen-Schere CRISPR-Cas werden genetische Defekte in das Erbgut der Zellen eingefügt. An welcher Stelle diese aber schneidet, ist trotz Computersimulation nicht immer hundertprozentig vorhersagbar. Daher sollten die jeweils ausgewählten Varianten der Gen-Schere für die beabsichtigte Veränderung des Gens getestet werden, bevor sie im Tier zum Einsatz kommen.

Screening-Plattform zeigt Fehler im Vorfeld

Die Forschenden der Plattform Degenerative Erkrankungen am DPZ haben eine Methode entwickelt, die solche Vorhersagen möglich macht. Die prä-in vivo Screening-Plattform basiert auf sogenannten Alleskönner-Stammzellen nicht-menschlicher Primaten. Diese Zellen sind in der Lage, sich auch in Zellkultur (also in vitro) in jeden Zelltyp des Körpers zu entwickeln. Die Zellen in Kultur weisen die gleiche Erbinformation auf wie die Zellen des lebenden Tieres, daher ermöglicht die Plattform, unerwünschte genetische Veränderungen im Tier bereits im Vorfeld in Zellkultur weitestgehend auszuschließen und die Effizienz der getesteten Gen-Schere im Hinblick auf die beabsichtigte Veränderung zu überprüfen. Die Zellen, die den richtigen Defekt aufweisen, werden zur Bildung von funktionellen (differenzierten) Zellen, zum Beispiel Herzmuskelzellen, angeregt. Mit diesen in Zellkultur erhaltenen Herzmuskelzellen kann anschließend, je nach Art des Krankheitsbildes, überprüft werden, ob die veränderten Herzmuskelzellen dem Krankheitsbild entsprechen, das dargestellt werden soll. Bei positivem Ergebnis in vitro kann der Defekt dann nach Genehmigung durch die zuständige Behörde auf nicht-menschliche Primaten übertragen werden.

Eine Kolonie induzierter pluripotenter Stammzellen des Rhesusaffen in Kultur (rot). Den Nachweis, dass es sich tatsächlich um pluripotente Zellen handelt, liefert die rote Farbe der Zellen. Nur pluripotente Stammzellen haben ein Enzym, das einen zunächst unsichtbaren Stoff in roten Farbstoff umwandeln kann. Die Stammzellkolonie hat einen Durchmesser von etwas mehr als einem Millimeter und besteht aus einigen hundert Stammzellen. Im Hintergrund sind Nicht-Stammzellen zu sehen, die dementsprechend nicht angefärbt sind. Die Nicht-Stammzellen dienen der Unterstützung der Stammzellen und halten diese in ihrem Alleskönner-Stammzellzustand. Foto: Ignacio Rodriguez-Polo
Eine Kolonie induzierter pluripotenter Stammzellen des Rhesusaffen in Kultur (rot). Den Nachweis, dass es sich tatsächlich um pluripotente Zellen handelt, liefert die rote Farbe der Zellen. Nur pluripotente Stammzellen haben ein Enzym, das einen zunächst unsichtbaren Stoff in roten Farbstoff umwandeln kann. Die Stammzellkolonie hat einen Durchmesser von etwas mehr als einem Millimeter und besteht aus einigen hundert Stammzellen. Im Hintergrund sind Nicht-Stammzellen zu sehen, die dementsprechend nicht angefärbt sind. Die Nicht-Stammzellen dienen der Unterstützung der Stammzellen und halten diese in ihrem Alleskönner-Stammzellzustand. Foto: Ignacio Rodriguez-Polo

Werkzeuge für Gentherapien

Derartig modifizierte Tiere werden eingesetzt, um neue oder verbesserte Therapien zu entwickeln und auf ihre Wirksamkeit und Sicherheit zu überprüfen. Diese Verfahren können neue Medikamente oder neuartige Stammzell- oder Gentherapien sein oder auch neue technische Implantate. Beispielsweise werden am Göttingen Campus innovative Verfahren zur Wiederherstellung des Hörens bei Taubheit und der Minderung von Schwerhörigkeit entwickelt, für deren vorklinische Prüfung nicht-menschliche Primaten als Tiermodell menschlicher Taubheit verwendet werden sollen. So soll eine erbliche Form der Taubheit mittels Gentherapie geheilt werden.

Reduction und Refinement im Sinne der 3R

Die prä-in-vivo Screening-Plattform ermöglicht es, unerwünschte genetische Veränderungen bereits in der Zellkultur auszuschließen. Dadurch können diese später im Tier weitestgehend vermieden werden. Somit wird das Verfahren verfeinert und der Einsatz von Versuchstieren reduziert.