Wie können insulinproduzierende ß-Zellen ersetzt werden? – Einblick in Klinik und Forschung

Nach insgesamt 27 Operationen scheint der Leidensweg vorerst beendet: Leonie, eine zehnjährige Patientin am Uniklinikum Dresden, unterzieht sich einer kompletten Entfernung ihrer Bauchspeicheldrüse (Pankreas) (1). Die OP ist aufgrund von wiederkehrenden schmerzhaften Entzündungen notwendig geworden.

Ohne Pankreas und den darin enthaltenen insulinproduzierenden ß-Zellen befindet sie sich in einem ähnlichen Zustand absoluten Insulinmangels, den auch viele Typ 1 und Typ 3c Diabetiker mit ihr teilen. Bisherige Standardtherapie ist die Verabreichung (Substitution) des fehlenden Insulins von außen mittels Pen oder Pumpe. Blickt man auf die Zahlen, waren 2015 allein in Europa 140.000 Kinder (0-14 Jahre) von Typ 1 Diabetes betroffen (2). Langfristig werden viele von ihnen ebenfalls auf Insulin angewiesen sein.

Was, wenn man das benötigte Insulin wieder „von innen“ produzieren könnte?

Aktuelle Ansätze der Inselzellersatztherapie in Klinik und Forschung

Größenangaben exemplarisch – Bild: Robert Bozsak – Unter [CC BY-SA 2.5 Lizenz (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)]; Blastozyste von Mike Jones, Abb. Inselzelltransplantation von Giovanni – beides via Wikimedia Commons

Bereits im Einsatz: Mensch-zu-Mensch Übertragung von Langerhans-Inseln

Die Idee, den Pankreas oder nur Langerhans’sche Inseln (Inselzellen), welche die ß-Zellen beherbergen, zu verpflanzen ist nicht neu. 1966 gelang Ärzten an der University of Minnesota die erste gemeinsame Organtransplantation von Pankreas und Niere. Bis heute ist die aufwendige OP jedoch dialysepflichtigen Nierenkranken mit Typ 1 Diabetes vorenthalten.

Einige Jahre später, genauer 1974, versuchten sich Ärzte der selben Universität an der Transplantation von Inselzellen – einer Prozedur, die als Auto-, d.h. durch Rückübertragung eigener Inseln oder Allotransplantation, d.h. mit Übertragung fremder menschlicher Inseln möglich ist. Im Rahmen der damaligen Studie erhielt eine Gruppe nierentransplantierter Diabetiker eine Allotransplantation an Inselzellen und konnten zumindest zeitweilig ihren Insulinbedarf senken.

Ein bedeutender Meilenstein gelang erstmalig 2000 an der University of Alberta, nachdem durch Allotransplantation von Inseln, Insulinfreiheit bei sieben Typ 1 Diabetikern für ein Jahr erreicht wurde.

Auch Patientin Leonie wurde eine Verpflanzung zuteil. Sie erhielt ihre eigenen Inseln, die aus dem entfernten Pankreas herausgelöst wurden, im Rahmen einer Autotransplantation zurück.

Wenngleich ein kleinerer Eingriff als die Organtransplantation, ist die Inselzelltransplantation immer noch ein experimentelles Behandlungsverfahren, dass die lebenslange Einnahme vieler, z.T. gegen die Abstoßung gerichteter (immunsupprimierender) Medikamente und eventuelle Nachverpflanzungen nötig macht. Aufgrund einer schwierigen Rechtslage (3), Knappheit an Spenderorganen und auftretender Nebenwirkungen, kommt die Therapie derzeit nur für sehr wenige Patienten in Deutschland infrage. Es sind meist Ausnahmefälle, wie der von Leonie oder Betroffene mit lebensbedrohlichen Blutzuckerschwankungen und Blutzucker-Wahrnehmungsstörungen, die mit der Methode behandelt werden sollten.

Aktuelle Forschung: Humane Stammzellen und Schwein-zu-Mensch Übertragung

Welche weiteren Quellen für Inselzellen können genutzt werden? Ausgehend von humanen Vorläuferzellen (Stammzellen) oder Inselzellen vom Schwein, deren Insulin dem menschlichen fast identisch ist, zeichnen sich aktuell zwei vielversprechende Ansätze ab. Die gewonnen Inselzellen könnten dem Patienten entweder direkt oder durch eine mikroskopische Hülle (Mikro-) oder Kammer (Makroverkapslung) geschützt, in den Körper verpflanzt werden.

Ziel der stammzellbasierten Therapie ist die Herstellung von Inselzellen, beispielweise ß-Zellen, die aus umprogrammierten Körperzellen des Patienten (induzierte pluripotente Stammzellen, iPS) oder embryonalen Vorläufern (ES) abgeleitet wurden. 2014 gelang einer US-amerikanischen Forschergruppe, den Prozess anhand von iPS-Zellen teilweise vollständig im Reagenzglas abzubilden und im diabetischen Tiermodell nach Transplantation den Blutzucker zu senken. PD Dr. Ortwin Naujok, Ernst-Friedrich-Pfeiffer-Preisträger 2015, stellte als Fachexperte den Ansatz zum DDG Kongress 2016 vor und wies insbesondere auf die rechtlichen, wie praktischen Hürden, welche international wettbewerbsfähige Forschung in Deutschland erschweren, hin.

Einen anderen Ansatz verfolgt die Übertragung von Inselzellen zwischen Spezies (Xenotransplantation). Schweine eignen sich hierzu besonders, da ihr Organismus dem von Menschen ähnelt und die Tiere nachdurch gentechnologischer Anpassung ihrer genetischen Merkmale, die zur Abstoßung im Menschen führen würden, sowie einer speziellen Reinhaltung als Spender infrage kommen. Prof. Dr. Jochen Seißler, Leiter des Diabeteszentrums am Klinikum der LMU München, informierte hierzu ausführlich als Forschender auf dem Gebiet beim diesjährigen DDG Kongress in Berlin.

Noch offen bleiben wichtige Fragen zur Machbarkeit, Langzeitsicherheit und ethischen Dimension von stammzellbasierten Therapien, sowie Sicherheit und klinischen Umsetzung xenogener Transplantation. Letzteres wird beispielsweise im Forschungsverbund TRR 127 aktuell im Rahmen vorklinischer Studien in Dresden und München erforscht (4).

Bis sich eine neue Therapie etabliert, die genauso sicher ist, wie die bewährte Substitutionstherapie mit Insulin, sind noch viele Hürden zu nehmen. Der Traum von „neuen ß-Zellen“ wird sich leider noch gedulden müssen. Für Einige, wie Leonie, die auf ihre eigenen Inseln zurückgreifen konnte, bietet die Inselzelltransplantation bereits jetzt eine Chance.
Quellen:

1 220.000 Zellen und eine OP geben Leonie Lebensfreude zurück – Universitätsklinikum Dresden
https://www.uniklinikum-dresden.de/de/presse/aktuelle-medien-informationen/220-000-zellen-und-eine-op-geben-leonie-lebensfreude-zurueck

2 IDF Diabetes Atlas, 7. Ausgabe – International Diabetes Foundation
http://www.diabetesatlas.org/

3 Rettende Inseln – ZEIT ONLINE
http://www.zeit.de/2013/28/inseltransplantationen-organspende

4 Sonderforschungsbereich TRR 127 Xenotransplantation – Deutsche Forschungsgemeinschaft
http://www.klinikum.uni-muenchen.de/SFB-TRR-127/de/research_areas/index.html
5 Bioengineered stem cells as an alternative for islet cell transplantation
Moore SJ, Gala-Lopez BL, Pepper AR, Pawlick RL, Shapiro AJ. Bioengineered stem cells as an alternative for islet cell transplantation. World Journal of Transplantation. 2015;5(1):1-10. doi:10.5500/wjt.v5.i1.1.

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