Grundlagen der regenerativen Medizin

 

Öffentliche Bekanntmachung:	2008
Förderzeitraum:	2009 - 2013
Gesamtvolumen:	18,5 Mio. EUR
Vorhabenzahl:	57

Verbundprojekt: Multipotente mesenchymale Stromazellen (MSZ) zur Verbesserung des Langzeitüberlebens transplantierter Pankreas-Inselzellen

Verbundprojekt: Zelltherapie Ansätze in Modellen für Biliäre Fibrose

Verbundprojekt: Multimodaler Ansatz für eine regenerative Schlaganfalltherapie (MARS)

Verbundprojekt: Integration von aus Stammzellen gebildeten Neuronen

Verbundprojekt: Stammzelltherapie für schwere hereditäre Hautfragilitätssyndrome

Verbundprojekt: Stammzelltherapie der Hirschsprung-Erkrankung

Verbundprojekt: Spermatogoniale Stammzellen (SSC)

Verbundprojekt: Regeneration mit zellspezifischen Matrices (RECEM)

Verbundprojekt: Autologes bioartifizielles Herzgewebe für die Herzgewebereparatur

Verbundprojekt SatellitenzellenNetzwerk (SatNet)

Verbundprojekt: Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) und adulte Knochenmarkzellen zur kardialen Regeneration

Verbundprojekt: Regeneratives Potenzial mesenchymaler Stromazellen

Verbundprojekt: Standardisierung für regenerative Therapien - mesenchymale Stammzellen

Verbundprojekt: Pluripotente Stammzellen zur Behandlung von Herzerkrankungen

Verbundprojekt: Expansion von Nabelschnurblut-Stammzellen (CB-HSC) 

1. Ziele des Förderschwerpunktes

Auf der Basis des Wissens über Vorläufer- und Stammzellen rückt die gezielte Nutzung des körpereigenen Regenerationspotenzials für therapeutische Ansätze in greifbare Nähe. Solche Behandlungsstrategien, die unter dem Begriff "Regenerative Medizin" zusammengefasst werden, sind für jede Art von Krankheit denkbar, die mit dem Ausfall von Zell-, Gewebe- und Organfunktionen verbunden ist.
Ziel der Förderinitiative ist es daher, durch die Zusammenarbeit von Grundlagenwissenschaftlern, Klinikern und Materialforschern in interdisziplinären Verbünden, den Wissenstransfer im Gebiet der zellbasierten, regenerativen Medizin in Richtung klinische Anwendung zu beschleunigen. Dadurch sollen besonders für volkswirtschaftlich bedeutende Krankheiten neue Therapieoptionen bereitgestellt werden, die den gegenwärtigen Behandlungsmöglichkeiten (z. B. dauerhafte Medikation oder Transplantation von Organen) mit ihren z. T. gravierenden Nebenwirkungen überlegen sind.
Die Bekanntmachung ist eine thematische Fortführung des Schwerpunktes "Zellbasierte, regenerative Medizin", wobei in einem kompetitiven Verfahren neben den, möglicherweise neu strukturierten Verbünden der 1. Förderphase auch neue Forschungskonsortien Anträge einreichen konnten.

2. Stand der Fördermaßnahme

Anfang 2008 wurde in einer öffentlichen Bekanntmachung zur Einreichung von Projektbeschreibungen eingeladen. Bis zum Ende der Einreichungsfrist, am 14. April 2008 wurden Anträge für 58 Verbünde - bestehend aus 232 Teilprojekten - vorgelegt. Im August 2008 erfolgte mit Hilfe eines international besetzten Gutachterkreises die Auswahl von 15 Verbünden mit insgesamt 57 Teilprojekten (Förderquote ca. 25 %). Alle Vorhaben haben zwischen März 2009 und März 2010 mit der Arbeit begonnen.

3. Geförderte Vorhaben

a) Kurzbeschreibungen der laufenden Vorhaben

(Sortierung nach Förderkennzeichen)

Verbundprojekt: Multipotente mesenchymale Stromazellen (MSZ) zur Verbesserung des Langzeitüberlebens transplantierter Pankreas-Inselzellen

MSZ zur Induktion der Inselzelltoleranz im humanisierten Diabetes Modell

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Zentrum für Kinderheilkunde Abteilung für Pädiatrische Hämatologie und Onkologie Adenauerallee 119 53113 Bonn

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Dagmar Dilloo 0228 287-33215 01GN0990 367.164 EUR 01.10.2009 - 30.09.2012

Neben ihrem Differenzierungspotenzial besitzen humane mesenchymale Stromazellen (MSZ) die Fähigkeit Proliferation und Effektorfunktionen verschiedener Immunzellen zu inhibieren. Als Zelltherapeutika sind MSZ so vielversprechende Kandidaten, um die Geweberegeneration und die Allotoleranz im Rahmen der Gewebeersatztherapie für inflammatorische Erkrankungen wie der pankreatischen Inselzelltransplantation beim Diabetes Typ-1 zu optimieren. Daher ist die systemische MSZ-Applikation zur Modulation der allogenen Immunantwort gegen Inselzelltransplantate in einem murinen Xeno-Transplanationsmodell vorgesehen. Dieses chimäre Modell des Diabetes Typ-1, in welchem sich nach Transplantation aufgereinigter CD34+ Vorläuferzellen ein funktionales humanes lymphohämatopoetisches System etablieren lässt, ermöglicht es nach Xenotransplantation humaner Pankreasinseln und humaner MSZ, die komplexen zellulären Interaktionen in Vorbereitung auf spätere klinische Studien zu untersuchen. In diesem Modell wird der Effekt der systemischen MSZ-Administration auf das Überleben allogener Inselzelltransplantate sowie die Korrektur des diabetischen Phänotyps evaluiert. Dabei sind die molekularen Mediatoren der MSZ-vermittelten Immunsuppression wie die Indoleamin 2, 3 Dioxygenase (IDO) und das Prostaglandin E2 (PGE2) von besonderem Interesse, deren Rolle in der MSZ-abhängigen Inselzellprotektion mit Hilfe chemischer Inhibitoren sowie der siRNA "knock-out" Technologie charakterisiert wird.

Verbundprojekt: Zelltherapie Ansätze in Modellen für Biliäre Fibrose

Die Leberfibrose stellt ein bedeutendes Problem für die Gesundheitsversorgung dar, da eine Behandlung zurzeit allein symptomatisch erfolgen kann. Die einzige Therapieoption des Endstadiums ist die Lebertransplantation, welche sowohl mit medizinischen Komplikationen verbunden als auch aufgrund des Mangels an Spenderorganen starken Limitierungen unterworfen ist. Im Rahmen des interdisziplinären Verbundes werden alternative Therapieansätze für die Behandlung der Leberfibrose, durch Kombination von zellbasierten Verfahren unter Nutzung von Stamm-/Vorläuferzellen und einer Unterstützung der endogenen Regeneration durch pleiotrope Substanzen, entwickelt. 

Revertierung der Fibrose durch zellbasierte Therapieverfahren und lokale Präkonditionierung mit Erythropoietin (TP 4)

Universität Rostock - Medizinische Fakultät Institut für Experimentelle Chirurgie Schillingallee 69a 18057 Rostock

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Brigitte Vollmar 0381494-6220 01GN0986 297.251 EUR 01.04.2009 - 31.03.2013

Neben der Lebertransplantation als ultimative Behandlungsstrategie bei Lebererkrankungen im Endstadium repräsentiert die Transplantation von Progenitorzellen einen weniger invasiven und kostengünstigeren Therapieansatz, um nicht nur die Progression der Erkrankung zu stoppen, sondern auch endogene Reparaturmechanismen zu aktivieren. Der erfolgreiche Einsatz scheitert momentan an der unzureichenden Integration der transplantierten Zellen in die geschädigte Leber. Strategien zur Verbesserung des Einnistens (homing) und Anwachsens exogen applizierter Zellen sollten daher gezielt die lokale Umgebung modulieren und präkonditionierende Verfahren der Leber integrieren. In diesem Versuchsvorhaben wird die Leber von Mäusen mit chronischer Gallengangsligatur und von Mdr2-defizienten Mäusen, welche beide spontan eine hepatische Fibrose entwickeln, durch den pleiotropen Wachstumsfaktor Erythropoietin konditioniert. Anschließend erfolgt die Transplantation kleiner Hepatozyten, programmierbarer Zellen monozytären Ursprungs oder embryonaler Stammzellen aus jeweils männlichen Spendern. Die Nutzung weiblicher Mäuse, welche nach Ablation und Rekonstitution des Knochenmarks Grün-fluoreszierendes Protein (GFP) und das Y-Chromosom in allen hämatopoetischen Zellen exprimieren, erlaubt die Unterscheidung zwischen transplantierten und endogenen hämatopoetischen Zellen. Das intrahepatische „homing“ und Anwachsen mittels in-vivo-Mikroskopie wird verfolgt, die hepatische Homöostase anhand der Harnstoff- und Albuminsynthese sowie der Ammoniak-, Bilirubin- und Transaminase-Plasmakonzentrationen wird erfasst und die regenerative Kapazität der Leber anhand der mRNA Expression von SMA, PDGF-Rezeptor-ß, Kollagen-1alpha und den Gewebeinhibitoren der Metalloproteinasen wird evaluiert. Die Konditionierung der Leber zur Unterstützung der Zell-Integration mit Revertierung der Fibrose wird den Einsatz und Erfolg der zellbasierten Therapie chronischer Lebererkrankungen signifikant erhöhen.

Verbesserung der Expansion von PCMOs in vitro (TP 3)

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Klinik für Allgemeine Chirurgie und Thoraxchirurgie Arnold-Heller-Str. 7 24105 Kiel

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Hendrik Ungefroren 0431 597-2039 01GN0985 251.292 EUR 01.04.2009 - 30.06.2012

Der Verbundpartner der Universität hat bereits in Vorarbeiten Kulturbedingungen etabliert, mit denen humane periphere Blutmonozyten in programmierbare Zellen monozytären Ursprungs (PCMOs) umgewandelt werden können. PCMOs sind multipotent, da sie nach entsprechender in vitro-Differenzierung den Phänotyp anderer spezieller Zelltypen, z. B. den von Hepatozyten annehmen können (NeoHeps). Das Ziel dieses Teilprojekts besteht darin, PCMOs/NeoHeps in vitro weiter zu expandieren, um eine ausreichende Menge an Zellen für Transplantationsexperimente im Rahmen einer zellulären Therapie der biliären Fibrose gewinnen zu können. Ausgehend von der Beobachtung, dass die Behandlung von PCMOs mit dem TGF-ß/Aktivin Rezeptor Inhibitor SB431542 deren Proliferation stimuliert, was auf einen Wachstums-inhibitorischen autokrinen Regelkreis hindeutet, wird der hier zugrundeliegende Mechanismus identifiziert. Dies schließt die Identifizierung der beteiligten Rezeptor-Ligand-Interaktionen ein. Da der TGF-ß/Aktivin Signalweg in embryonalen Stammzellen auch zelluläre Pluripotenz kontrolliert, wird auch untersucht, welche Effekte SB431542 auf die Multipotenz von PCMOs ausübt. In enger Kollaboration mit den Konsortiumpartnern wird das in vitro-Differenzierungspotenzial von Standard-PCMOs und PCMOs mit verstärktem Proliferationspotenzial zu NeoHeps, verglichen und die Fähigkeit dieser Zellen, nach Transplantation in zwei verschiedene Mausmodelle von Leberfibrose die Leberfunktion zu verbessern, untersucht.

Kleine Hepatozyten (SH-Zellen) in der Leberregeneration (TP 1)

Klinikum rechts der Isar der Technischen Universität München Klinik für Orthopädie und Unfallchirurgie Ismaningerstr. 22 81675 München

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Andreas Nüssler 089 4140-6310 01GN0984 297.826 EUR 01.04.2009 - 30.06.2012

Hepatische Dysfunktionen beim Menschen werden durch Krankheiten wie z. B. Hepatitiden, hepatischer Zirrhose und Lebertumore ausgelöst. Zur Zeit ist die einzige Therapieoption die orthotropische Lebertransplantation. Eine mögliche Alternative könnte die Zelltransplantation sein. Dies ist allerdings dadurch limitiert, dass primäre Leberzellen für eine Leberzelltherapie nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen. Ziel dieses Teilprojektes ist es daher, hepatische Vorläuferzellen (SH-Zellen) im Tier und Menschen zu isolieren, zu vermehren, zu differenzieren und zu charakterisieren. In einem zweiten Schritt, werden die gewonnen Zellen in sowohl differenziertem wie nicht-differenziertem Zustand in Tiermodellen der hepatischen Fibrose getestet. Das Arbeitsprogramm ist in vier Teile aufgegliedert: Isolation und Vermehrung von SH-Zellen ohne deren Funktionsverlust; Charakterisierung und Differenzierung der Vorläuferzellen: Mittels RNA und Proteinanalysen werden die Zellen auf Selektionsmarker getestet. Spezifische zellmembranständige Proteine werden für die Zellsortierung mittels FACS oder MACS genutzt. Die isolierten SH-Zellen werden gezielt in "adulte" Hepatozyten differenziert; Zellproduktion und Transplantation: Differenzierte, nicht-differenzierte und primäre Zellen werden an Verbundpartner (IFADO, Universität Rostock) geschickt und dort transplantiert. Die Zellen werden markiert, um deren Verteilung innerhalb des Körpers besser überwachen zu können; Übertragung der Kenntnisse aus dem Tierversuch auf den Menschen: Es ist bereits gelungen SH-Zellen aus der humanen Leber zu isolieren. Die Charakterisierung der humanen Zellen erfolgt analog zu den SH-Zellen aus dem Tier (NOD/SCID Mäuse).

Verbundprojekt: Multimodaler Ansatz für eine regenerative Schlaganfalltherapie (MARS)

In diesem Verbund soll ein neuartiger synergistischer, auf gezielter Zell- und Wirkstoffapplikation beruhender Therapieansatz für den ischämischen Schlaganfall entwickelt und auf seine Wirksamkeit hin getestet werden. In einem weiteren, zellbasierten Ansatz soll mit einer neuen Zellsubpopulation aus dem adulten Knochenmark (SD-BMSC) ein regeneratives Therapiekonzept auf der Basis von Neuroprotektion und restaurativem Gewebeersatz entworfen werden. Damit werden wesentliche Anforderungen an eine neue Therapie für den ischämischen Schlaganfall umfassend und präzise beantwortet werden können. In diesem Verbund erfolgt auf der Basis grundlagenwissenschaftlicher Erkenntniss die Translation in anwendungsorientierte Forschung zur Entwicklung klinisch relevanter Therapiestrategien für den ischämischen Schlaganfall, die auf die Konzeption einer klinischen Studie im Anschluss an das Vorhaben zielen.

Therapeutischer Nutzen der Verabreichung von Knochenmarkstammzellen nach einem Schlaganfall bei alten Ratten (TP 5)

Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald Universitätsklinikum - Klinik und Poliklinik für Neurologie Molekulare Neurobiologie Ellernholzstr. 1-2 17489 Greifswald

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Aurel Popa-Wagner 03834 86-6853 01GN0982 291.570 EUR 01.05.2009 - 30.04.2012

Ziel ist die Entwicklung neuer Strategien zur Reparatur des Gehirns und zur Wiederherstellung der Funktionalität in gealterten Ratten durch die Behandlung mit G-CSF und die Transplantation von Knochenmarkstammzellen. Die genauen Zielsetzungen dabei sind: 1) Untersuchung der Auswirkungen der Kombination von Zelltherapie mit BM MNC (Projekt V) oder prädifferenzierten mesenchymalen Zellen (Projekt VI) und G-CSF-Behandlung auf die langfristige funktionelle Erholung nach einem Schlaganfall in gealterten Ratten; 2) Erforschung der grundlegenden Mechanismen dieser Behandlung inklusive der Neurogenese und Angiogenese und deren Auswirkungen auf die funktionelle Erholung nach einem Schlaganfall in gealterten Ratten; 3) Entwicklung eines präklinischen Protokolls für die Anwendung einer G-CSF- bzw. Knochenmarkstammzell-Therapie nach einem Schlaganfall in gealterten Ratten. Es wird erwartet, dass eine kombinierte Therapie bestehend aus G-CSF und BM MNC-Anwendung, die Erholung der Funktionalität und des Hirngewebes nach einem Schlaganfall in gealterten Ratten verbessert. Außerdem wird ein präklinisches Protokoll für die Anwendung der Zelltherapie für die Neurorestoration nach einem Schlaganfal entwickelt.

Therapeutisches Zeitfenster einer kombinierten Therapie mit G-CSF und BM-MNC; Neuroprotektive und neurorestaurative Wirkung von SD-BMSC (TP 4 und 6)

Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (IZI) Perlickstr. 1 04103 Leipzig

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Johannes Boltze 034 1972-5814 01GN0981 454.812 EUR 01.05.2009 - 30.04.2012

Es werden zwei unterschiedliche therapeutische Ansätze hinsichtlich ihrer Wirksamkeit auf den Heilungsverlauf nach Schlaganfall untersucht. Im ersten Ansatz wird das therapeutische Zeitfenster einer kombinierten Therapie mit G-CSF und BM-MNC evaluiert. In einem zweiten Ansatz wird eine neue pluripotente Stammzellpopulation aus dem Knochenmark (SD-BMSC) in einem erweiterten experimentellen Szenario auf neuroprotektive und neurorestaurative Wirkungen untersucht. Beide experimentelle Ansätze werden in einem etablierten Schlaganfallmodell in der Ratte untersucht. Surrogatparamter für die Einschätzung der therapeutischen Wirksamkeit werden über funktionelle Tests, MRT-Untersuchungen und Histologie bestimmt. Im Kombinationsansatz G-CSF/BM-MNC wird das optimale therapeutische Zeitfenster evaluiert, während im zweiten Ansatz neben der prinzipiellen Wirksamkeit auch die Wirkungsmechanismen einer SD-BMSC Transplantation eruiert werden. Die bei der Planung der Experimente berücksichtigten Qualitätskriterien erlauben im Falle positiver Ergebnisse eine schnelle und sichere Translation in eine klinische Studie der Phase IIa.

Verbundprojekt: Integration von aus Stammzellen gebildeten Neuronen

Es gibt einen großen Bedarf für die Entwicklung neuer Therapiekonzepte für neurologische Erkrankungen. Stammzellbasierte Zellersatztherapie für das ZNS hat den funktionellen Ersatz für zugrunde gegangene Nervenzellen zum Ziel. Eine bisher ungelöste Herausforderung ist die funktionelle Integration von aus Stammzellen gebildeten Neuronen in die bestehenden neuralen Netzwerke.
Dieser Verbund kombiniert die Expertise in den Bereichen neurale Stammzellbiologie und adulte Neurogenese, Elektrophysiologie, Genomik, Molekularbiologie, virale Vektor-Technologie und der Generierung von Tiermodelle für neurologische Erkrankungen um a) die Mechanismen, die der Integration von neugeborenen Neuronen im gesunden adulten Gehirn zugrunde liegen, zu charakterisieren; b) eine vergleichende Analyse der Integration von neugeborenen Neuronen im physiologischen Kontext und im Krankheitskontext durchzuführen; c) zu testen, inwieweit physiologische Mechanismen, die Integration von neugeborenen Neuronen im Krankheitskontext fördern.

Integration in das Striatum (TP 5)

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Universitätsklinikum - Neurologische Klinik Schwabachanlage 6 91054 Erlangen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Jürgen Winkler 09131 85-39323 01GN0979 226.788 EUR 01.04.2009 - 31.05.2012

Die zellbasierte Therapie beim Morbus Parkinson (IPS) aus endogenen, der Subventrikulärzone (SVZ) entstammenden Nervenzellen zielt darauf, Zellen in das läsionierte Striatum zu dirigieren, funktionell zu dopaminergen Neuonen zu differenzieren und in lokale Schaltkreise zu integrieren. Ziel ist das Differenzierungsvermögen von unreifen Nervenzellen im 6-OHDA Modell nach EGF/ FGF-2 Infusion zu explorieren, das Expressionsprofil von unreifen Zellen im Striatum mit neuralen SVZ-Populationen zu vergleichen und genetisch sowie pharmakologisch Zelldifferenzierung, Überleben und Integration in das Striatum zu fördern. Folgende Arbeitsplanung ist vorgesehen: 2009: In vivo-Zeitreihenanalyse nach retroviraler Injektion und EGF/ FGF-2 Infusion, Untersuchung des CREB-Signalweges sowie der Transkriptionsfaktoren c-fos/ Zif-268, elektrophysiologische Charakterisierung der markierten Zellen; 2010: Expressionsanalyse von unreifen Neuronen in neurogenen vs. nicht neurogenen Regionen mittels quantitativer RT-PCR (CREB-, TGF-ß-Signalweg, Rezeptoranalyse für BDNF sowie der Neurotransmitter GABA/NMDA); 2011: Induktion der dopaminergen Differenzierung durch Wnt1 und lmx1a; Aktivierung des CREB-Signalweges durch Rolipram; 2012: Funktionelle Charakterisierung mit Zelldifferenzierung, Überleben, Integration und Verhaltenstestung. Die Ergebnisse werden wichtige Informationen hinsichtlich des Überlebens, Differenzierungspotenzials und der Integration von neuralen Stammzellen aus der SVZ zur zellulären Therapie beim Morbus Parkinson erbringen. Erwartet wird, dass durch die Aktivierung unterschiedlicher Signalwege eine dopaminerge Differenzierung zur funktionellen Wiederherstellung des nigrostriatalen Systems beiträgt.

Charakterisierung des Aktivitäts-anhängigen CREB Signalwegs bei der Integration von neugebildeten hippokampalen Neuronen (TP 1)

Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH) Institut für Entwicklungsgenetik (IDG) Ingolstädter Landstr. 1 85764 Oberschleißheim

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Dieter Chichung Lie 089 3187-2927 01GN0974 391.647 EUR 01.04.2009 - 31.12.2012

Neuronale Aktivität spielt für das Überleben und die Integration von neugeborenen Nervenzellen eine entscheidende Rolle. Ziel des Projekts ist die Charakterisierung der Signalwege, die durch neuronale Aktivität aktiviert werden, um die Mechanismen für das Überleben und die Integration von neugeborenen Neuronen zu entschlüsseln. Mittels gain- and loss-of-function Experimenten mit Retroviren, elektrophysiologischer Analyse und Transskriptomanalyse wird der Effekt einer gesteigerten Aktivität des CREB-Signalwegs auf die Reifung, das Überleben und die Integration von neuentstandenen Neuronen charakterisiert. Es wird die Morphologie der Dendriten und die Expression neuronaler Marker nach Aktivierung des CREB-Signalwegs im Vergleich zu Kontrollgruppe evaluiert. Mittels PatchClamp-Untersuchungen werden Effekte eines verstärkten CREB-Signals auf die Morphologie mit den elektrophysiologischen Eigenschaften korreliert und die Faktoren upstream des CREB-Signalweges in neugeborenen unreifen Neuronen charakterisiert. Neugeborene unreife Neurone erhalten zu verschiedenen Zeitpunkten GABAergen und NMDA-Rezeptor vermittelten exzitatorischen Input. Mittels retroviral-vermitteltem Gentransfer wird dieser Input spezifisch in unreifen Neuronen des Gyrus dentatus manipuliert und in der Folge die Aktivität des CREB-Signalweges untersucht. Desweiteren werden die Ziele downstream des CREB Signals identifiziert, die die Reifung, das Überleben und die Integration von neugeborenen Neuronen regulieren. Es werden Transskriptomanalysen durchgeführt um die Kandidaten-Ziele des CREB-Signals zu identifizieren. Nachweislich hoch oder nach unten regulierte Gene werden auf ihre Rolle in CREB vermittelten Prozessen in neugeborenen Neuronen untersucht. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse aus diesem Projekt zu Hypothesen darüber führen, welche Signalwege die Integration von aus Stammzellen gewonnenen Neuronen im Kontext von Krankheiten steuern und fördern.

Verbundprojekt: Stammzelltherapie für schwere hereditäre Hautfragilitätssyndrome

Ziel ist es, experimentell Behandlungsoptionen für schwere Hautfragilitäts-Syndrome zu entwickeln. Das Behandlungskonzept basiert auf der systemischen Stamm-Zell-Therapie (SCT). Das Konsortium verbindet Partner mit ausgesprochen hoher Expertise in Diagnose und Behandlung schwerer Hautfragilitäts-Syndrome mit Partnern, die hohe Expertise im Bereich der entsprechenden Modellkrankheiten der Maus besitzen. Die ausgewiesenen Expertisen liegen in den Bereichen Pathophysiologie, molekulare Genetik, Haut- und Basalmembran-Biologie, Immunologie, Hämatoonkologie und SCT. Dies erlaubt Kausaltherapien für mutierend und teils auch tödlich verlaufende, schwere Hautfragilitäts-Syndrome zu entwickeln, wie die Epidermolysis bullosa (EB).

Immunüberwachung von genetisch bedingten Hautfragilitätssyndromen nach Stammzelltherapie (TP 5)

Philipps-Universität Marburg FB 20 Medizin und Universitätsklinikum Zentrum für Hautkrankheiten Deutschhausstr. 9 35037 Marburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Michael Hertl 06421 58-66280 01GN0973 237.430 EUR 01.04.2009 - 31.12.2012

Der therapeutische Ansatz der Knochenmarks- bzw. Stammzelltransplantation bei genetischen Hautfragilitätssyndromen erscheint sehr vielversprechend, um fundamentale Fragen zur Entstehung von Autoimmunität  zu verstehen. Ziel dieses Projektes ist es, zu sehen, ob die therapeutische Expression eines Neo-Antigens durch Knochenmark- bzw. Stammzelltransplantation zu einer Autoimmunerkrankung führt. Die Anwendung der Knochenmark- bzw. Stammzelltherapie bei zwei verschiedenen in vivo-Modellen genetischer Fragilitätssyndrome (Dsg3.KO) Maus und Kollagen VII-hypomorphe Maus bietet die einmalige Gelegenheit, die Entwicklung organisch-spezifischer Autoimmunität der Haut- und Schleimhäute zu untersuchen. In diesem Teilprojekt werden zelluläre als auch humorale Immunmechanismen gegenüber den durch die Transplantation neu vorliegenden Autoantigenen Dsg3 und Kollagen VII verfolgt. Schwerpunkt ist die essentielle Interaktion autoreaktiver CD4-positiver T-Zellen und B-Zellen, deren Erfassung die Erkennung von Autoimmunreaktionen bereits im vorklinischen Stadium ermöglicht.

Stammzelltherapie bei schwerer dystropher Epidermolysis bullosa (DEB) (TP 3)

Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Universitätsklinikum - Hautklinik Hauptstr. 7 79104 Freiburg

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Leena Bruckner-Tuderman 0761 270-6716 01GN0971 267.431 EUR 01.04.2009 - 31.12.2012

Dieses Vorhaben wird Knochenmarkstransplantation (KMT) bzw. Stammzelltherapie (SZT) als neue systemische Therapie für die dystrophe Epidermolysis bullosa (DEB) etablieren, unter Verwendung des Kollagen VII hypomorphen Mausmodells (KolVII Hypo). DEB wird auf molekularer Ebene durch Mutationen im COL7A1-Gen, welches für Kollagen VII - Hauptbestandteil der Verankerungsfibrillen - kodiert, verursacht. Es wurde  eine KolVII Hypo Maus generiert, welche aufgrund von auf 10% verringertem Kollagen VII DEB entwickelt. Die Maus ist immunkompetent und lebt bis ins Erwachsenenalter. Sie zeigt alle Symptome der humanen DEB und ist deshalb ideal für die Testung von Therapieansätzen geeignet. Zusammen mit den Partnern dieses Konsortiums wird KMT/SZT als eine systemische Therapie für DEB in der KolVII Hypo Maus etabliert, molekulare Mechanismen und therapeutische Effekte, sowie - falls vorhanden - Nebenwirkungen untersucht. Dies dient als grundlegende Vorbereitungen für die zukünftige Therapie von DEB-Patienten.

Hämatopoetische Stammzellen als Therapie bei hereditären Epidermolysen; Mesenchymale Stammzellen als Therapie bei hereditären Epidermolysen (TP 1 und 2)

Eberhard-Karls-Universität Tübingen Universitätsklinikum und Medizinische Fakultät - Hautklinik Liebermeisterstr. 25 72076 Tübingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Martin Röcken 07071 29 84574 01GN0970 441.579 EUR 01.04.2009 - 31.12.2012

Teilprojekt 1: Desg3.KO Mäuse können keine Desmosomen und somit keine festen Verbindungen zwischen Keratinozyten etablieren. Deswegen entwickeln Dsg3.KO Mäuse eine schwere blasenbildende Erkrankung der Haut mit Erosionen und Kachexie. Es wurde festgestellt, dass eine Stamm-Zell-Therapie (SCT) mit CD45+kit+ Knochenmarkzellen von Desg3-exprimierenden Donoren die Haut der Desg3.KO Mäuse mit Desg3-exprimierenden Keratinozyten wiederherstellen kann. Dabei erholten sich die Mäuse auch wieder von ihrer Kachexie. Da Keratinozyten mit Donor-stämmigen Marken auch in der Haut von Menschen nach SCT auftreten, wird die Möglichkeit erforscht, schwere Haut-Fragilitäts-Syndrome mit SCT zu behandeln. Mit Hilfe EGFP-exprimierender Stammzellen (SC), wird analysiert, welche SC (hämatopoetische, mesenchymale, spezialisierte Keratinozyten) die Fähigkeit besitzen, die Haut von Desg3.KO Mäusen wiederherzustellen. Es wird die Migration und Vereitlung der EGFP-exprimierenden Zellen in verschiedenen Organen und der Haut bestimmt, der Ort der SC-Immigration in die Haut, der Haarbulbus oder die dermalen Reteleisten, und die Differenzierung und Migration der SC innerhalb der Epidermis. Da Desg3.KO Keratinozyten ein spezifisches ‘knock out’ Konstrukt besitzen, kann bestimmt werden, ob die Keratinozytenrekonstitution mit EGFP+Desg3+ Zellen nach der SCT auf Zellfusion mit oder auf Transdifferenzierung von SC beruht. Weiter wird die Rekrutierung von Patienten mit schweren Haut-Fragilitäts-Syndromen gemeinsam mit Partner 03, 04 und 05 organisiert, um die Basis für die SCT bei Menschen in drei Jahren vorzubereiten. Teilprojekt 2: Epidermolysis bullosa ist entweder eine letale oder verstümmelnde angeborene Stoffwechselerkankung, deren Management schwierig ist in Bezug auf die therapeutischen Optionen. Knochenmarktransplantation (KMT) stellt die Plattform dar, um neuartige zelluläre Therapien zu entwickeln, die auf Gewebereparatur über das hämatopoetischen System hinaus abzielen. In diesem Teilprojekt soll das klinische Potenzial von MSC in vitro und in vivo anhand eines Mausmodells der Epidermolysis bullosa (EB) untersucht werden. Insbesondere das Migrationsverhalten, die Interaktionen mit ausdifferenzierten Geweben und Transdifferenzierung versus parakrine Effekte von MSC sollen analysiert werden. Besonderes Augenmerk wird auf die Herstellung von MSC gelegt werden, die entweder direkt durch Antikörper aus dem Knochenmark isoliert oder nach GMP-konformen Kulturbedingungen expandiert werden. Zusammengefasst wird dieses Teilprojekt präklinische Daten zusammentragen, um eine Co-Transplantationsstrategie von HSC und MSC mit hoher Patientensicherheit in die Klinik transferieren zu können.

Verbundprojekt: Stammzelltherapie der Hirschsprung-Erkrankung

Neurale Stamm- und Vorläuferzellen des enterischen Nervensystems (ENS) werden mittlerweile als eine mögliche Zellquelle angesehen, um zukünftig neurogastrointestinale Erkrankungen wie z. B. den Morbus Hirschsprung zelltherapeutisch behandeln zu können. Die Hirschsprung-Erkrankung ist die häufigste enterische Neuropathie mit einer Inzidenz von 1:5.000 und ist oft mit weiteren entwicklungsabhängigen Anomalien assoziiert. Bei dieser Erkrankung führt das Fehlen oder die Verminderung der enterischen Ganglienzellen im aboralen Kolon zu einer Engstellung des betroffenen Darmsegments und damit zu einer Missregulation der Darmmotilität. In jüngerer Zeit konnte die erfolgreiche Isolation, Expansion und Differenzierung von humanen enterischen neuralen Stamm- und Vorläuferzellen, die aus neonatalem und adultem Darm gewonnen wurden, gezeigt werden. In diesem Verbundprojekt soll das therapeutische Potenzial dieser Stamm- und Vorläuferzellen aus gesunden und pathologisch veränderten intestinalen Geweben detailliert untersucht werden. Dazu soll in Kooperation mit universitären und industriellen Partnern die Stammzellkapazität und das Integrationspotenzial der Zellen mittels molekularbiologischen und elektrophysiologischen Methoden sowie in vitro als auch im Tiermodell analysiert werden. Zusätzlich ist geplant, einen neu identifizierten neuralen Oberflächenmarker für die selektive Isolation von Stamm- und Vorläuferzellen zu evaluieren.

Entwicklung neuer kollagener Zellträger (TP 4)

Naturin GmbH & Co. KG Badeniastr. 13 69469 Weinheim

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Franz Maser 06201 86-360 01GN0969 391.349 EUR 01.06.2009 - 31.05.2012

Für Anwendungen auf dem Gebiet des Tissue Engineering wurde auf Basis von Kollagen ein Zellträger mit neuartigen chemischen und mechanischen Eigenschaften entwickelt. Im vorliegenden Kooperationsprojekt soll dieses Ausgangsmaterial auf die spezifischen Bedürfnisse von Zellbiologen und Chirurgen abgestimmt werden. Es werden daher verschiedene Varianten kollagener Zellträger entwickelt und zur Verfügung gestellt, um dreidimensionale intestinale Gewebekonstrukte zu erzeugen für in vitro-Anwendungen und für Transplantationsexperimente an Tiermodellen mit Störungen im Bereich des enterischen Nervensystems. Aus Rinderhautspalten wird eine extrusionsfähige Kollagenmasse aufbereitet, die zu einem kollagenen Flachfilm und zu tubulären "Minitubes" extrudiert wird. Die resultierenden Produkte werden durch die Einführung von Quervernetzungen, durch Ausrüstung mit bioaktiven Substanzen und durch Plasma-Oberflächenbehandlung modifiziert. Alle Varianten werden umfassend physikalisch/chemisch charakterisiert und den Projektpartnern zur zellbiologischen Evaluierung und für Transplantationsversuche zur Verfügung gestellt. Die Herstellung der Produktvarianten erfolgt interaktiv auf der Basis erzielter Ergebnisse.

Physiologie von Ionenkanälen in humanen enterischen Neuronen (TP 2)

NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen AG Zellbiologie Markwiesenstr. 55 72770 Reutlingen

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Elke Günther 07121 515-3054 01GN0968 353.251 EUR 01.06.2009 - 31.05.2012

Im Vorhaben werden die Expressionsmuster von Ionenkanälen in differenzierten humanen enterischen neuralen Stammzellen (ENSCs) aus gesundem und pathologischem Gewebe analysiert. Die funktionellen Eigenschaften von ENSCs werden mit denen von gesunden enterischen Neuronen verglichen um eine optimale Differenzierung von ENSCs zu erreichen. Diese differenzierten ENSCs sollen als Quelle für zukünftige stammzellbasierte Therapieverfahren bei spezifischen neurogastrointestinalen Erkrankungen dienen. Die Analyse spannungsgesteuerter Ionenkanäle in enterischen Neuronen von normalen und pathologischen (hypogangliotisch) humanen Darmproben wird mit Hilfe der patch clamp-Technik vorgenommen. Die Analyse der Ionenkanalexpression in differenzierten ENSCs erfolgt zu unterschiedlichen Zeitpunkten in vitro um kultivierungsabhängige Veränderungen in den elektrischen Eigenschaften frühzeitig zu erkennen. Unterschiedliche Differenzierungsprotokolle werden getestet, um eine optimale Expression von Ionenkanälen und eine damit verbundene adäquate Erregbarkeit der Neurone zu erreichen. Die Integarationskapazität von differenzierten ENSCs in glatte Muskulatur wird durch die Analyse der neuromuskulären Erregbarkeit in einer dreidimensionalen Darmgewebekultur untersucht.

Humane Stamm- und Vorläuferzellen des ENS; Charakterisierung von ENS-Stammzellen in vivo (TP 1 und 3)

Eberhard-Karls-Universität Tübingen Universitätsklinikum Zentrum für Regenerationsbiologie und Regenerative Medizin Paul-Ehrlich-Str. 15 72076 Tübingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Lothar Just 07071 29-72176 01GN0967 625.831 EUR 01.06.2009 - 31.05.2012

In neuesten Studien wurde die erfolgreiche Gewinnung von enterischen neuronalen Vorläuferzellen aus humanem postnatalem Darm beschrieben. Diese Zellen besitzen das Potenzial, sich in verschiedene ENS-typische neuronale Subtypen und gliale Zellen in der Zellkultur zu entwickeln. Ziel ist eine detaillierte Analyse der zellbiologischen Eigenschaften der menschlichen und murinen enterischen Stamm- und Vorläuferzellen aus gesunden und pathologischen Darmgeweben. Das Ziel von Teilprojekt 1 ist die Charakterisierung des ENS-Stammzellpotenzials in vitro sowie die Entwicklung neuer Zellisolationsstrategien. Dazu sind folgende Arbeitsschritte geplant: Eine detaillierte Analyse der Stammzellkapazität in vitro; die Charakterisierung von FACS-sortierten ENS-Zellen; vergleichende Untersuchungen von Stammzellen, die aus gesundem und pathologischem Darmgewebe gewonnen wurden und die Herstellung von Gewebekulturkonstrukten für die Evaluation der Stammzellkapazität in vitro und für Transplantationsexperimente in vivo. In Teilprojekt 3 soll das Proliferations-, Integrations- und Differenzierungspotenzial von Stammzellen des ENS im Tiermodell analysiert werden. Dazu sollen folgende Punkte bearbeitet werden: Die Etablierung einer humanen Darmgewebebank; die Charakterisierung von humanen und murinen ENS-Stammzellen in vivo; die Entwicklung eines xenogenen Tiermodells.

Verbundprojekt: Spermatogoniale Stammzellen (SSC)

Spermatogoniale Stammzellen sind pluripotente Zellen und werden aus den Tests von adulten Mäusen isoliert, die an Phenylketonurie oder Molybdän-Cofaktor-Defizienz leiden. Dabei handelt es sich um zwei auch beim Menschen vorkommende autosomal rezessiv vererbte Stoffwechselerkrankungen. Es werden klonale Zelllinien etabliert und eine der zwei mutierten Kopien (Allele) wird mit Hilfe der homologen Rekombination durch eine normale Genkopie ersetzt. Die so therapierten SSCs werden in vitro zu Hepatozyten oder entsprechende Vorläuferzellen differenziert. Die Zellen werden in homozygot defiziente Mäuse transplantiert, deren Schicksal und die Immunantwort der Empfänger gegen die tansplantierten Zellen werden untersucht. Sowohl die in vitro generierten Hepatozyten als auch die transplantierten Mäuse werden biochemisch analysiert. Dabei sollen die Funktionsfähigkeit der Zellen und der Therapieerfolg studiert werden. PKU und MOCS1-/- Mäuse stehen hier als Modelle für viele weitere erblich bedingte Stoffwechseldefekte. PKU und MOCS1-/ Mäuse wurden für das Kooperationsprojekt ausgewählt, weil bereits eine kleine Zahl genetisch manipulierter und funktioneller Zellen für die Therapie der biochemischen Defekte ausreichend sein sollte. Nur wenig mehr als 5% Phenylalaninhydroxylase- bzw. Molybdän-Cofaktor-Aktivität sind für die Therapie ausreichend. Die hier exemplarisch angewendete Strategie soll in Zukunft auch für andere erblich bedingte Stoffwechselerkrankungen nutzbar sein, wobei eine individuelle regenerative Therapie realisiert werden kann.

Generierung von homolog rekombinierten SSCs; Herstellung hepatischer Zellen aus maGSCs; Transplantation und Immunologie; Therapeutische Hepatozyten bei Molybdän-Cofaktor-Defizien (TP 1 - 4a)

Georg-August-Universität Göttingen Medizinische Fakultät Zentrum Hygiene und Humangenetik Abt. für Humangenetik Heinrich-Düker-Weg 12 37073 Göttingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Wolfgang Engel 0551 39-7589 01GN0966 694.303 EUR 01.06.2009 - 31.05.2012

Die von Partnern dieses interdisziplinären Verbundes bereits erreichten ersten Erfolge in der Isolierung von spermatogonialen Stammzellen werden hier gezielt ausgebaut zur Entwicklung von Therapien für genetisch bedingte Stoffwechselstörungen. Im Teilprojekt 1 werden homolog rekombinierte spermatogoniale Stammzellen isoliert, zu Hepatozyten kultiviert und deren Eigenschaften umfassend charakterisiert. Ziel des Teilprojekts 2 ist das Erarbeiten standardisierter Protokolle für die in vitro-Differenzierung von maGSCs in hepatische Vorläufer und Hepatozyten. Diese werden dann charakterisiert und anhand von Funktionsanalysen getestet. Das Teilprojekt 3 testet die Hepatozyten bzw. hepatozytären Vorläuferzellen als zelluläre Transplantate bei metobolischer Dysfunktion der Leber an Mausmodellen für die Krankheiten Phenylketonurie und Molybdän-Cofaktor-Defizienz. Im Teilprojekt 4 wird die therapeutische Effizienz der hepatisch differenzierten spermatogonialen Stammzellen getestet. Das Teilprojekt 4a prüft die Anwendung im Mausmodell für Molybdän-Cofaktor-Defizienz.

Verbundprojekt: Regeneration mit zellspezifischen Matrices (RECEM)

In diesem Verbund sollen neuartige biphasische Scaffolds auf der Basis von Kollagenen aquatischen Ursprungs entwickelt werden, welche bei der Verwendung von Chondrozyten oder mesenchymalen Stammzellen zu einer vollständigen und dauerhaften chondrogenen Differenzierung führen sollen. Der Knorpel-Teil wird aus Kollagen, das aus Quallen isoliert wird und in Struktur und Zusammensetzung humanem Kollagen Typ II entspricht, bestehen. Der knöcherne Teil wird aus einem Nanokomposit hergestellt werden, der aus Kollagen Typ I, isoliert aus Fischhäuten, und nanoskopischen Hydroxylapatit-Kristallen, besteht. Dieses Nanokomposit ahmt die extrazelluläre Matrix von Knochen nach und beeinflusst mesenchymale Stammzellen in Richtung osteogener Differenzierung. Die Knorpel- und Knochenteile werden zu monolithischen Scaffolds verbunden und sollen als Knorpelersatz vor allem bei Defekten am Gelenkknorpel zur Anwendung kommen.

Knorpel Tissue Engineering mit marinem Kollagen (CarTE) (TP 3)

Universität zu Lübeck Technisch-Naturwissenschaftliche Fakultät Institut für Virologie und Zellbiologie Ratzeburger Allee 160, Geb. 62 23562 Lübeck

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Holger Notbohm 0451 500-4083 01GN0964 280.820 EUR 01.04.2009 - 30.06.2012

Ziel dieses Teilprojekts ist der Einsatz von mesenchymalen Stammzellen und/oder Chondrozyten zur autologen regenerativen Therapie. Um diese Zellen zu züchten, wird für die de-novo-Generation des entsprechenden Knorpelgewebes eine Matrix aus Biokompositen hergestellt. Die angestrebte Innovation ist die Entwicklung einer Kollagenmatrix aus marinen Rohstoffen. Der bedeutendste Vorteil von Kollagen aus marinen/wirbellosen Organismen besteht in der Ausschaltung des Risikos der Übertragung von humanpathogenen Erregern wie BSE oder TSE im Gegensatz zu Kollagen aus gefährdeten Wirbeltieren/Säugern. Die Neuartigkeit der zu entwickelnden Kollagenmatrix besteht in ihrem molekularen Aufbau aus Fibrillen, welche die natürliche molekulare Nanotopologie imitieren. Zusätzlich werden neue Erkenntnisse zur Interaktion von Stammzelldifferenzierung und Matrixelastizität beitragen, weshalb der Fokus des Projektes auf der Stammzell-Matrix-Interaktion liegt. Folgende Arbeitspakete werden durchgeführt: AP 3.1: Entwicklung und weitere Verbesserung der technischen Herstellung von Scaffolds aus fibrillärem marinem Kollagen aus Quallen. M1 (5.Q): Fibrilläres Kollagen wird das Scaffold einer Matrix mit optimierter Porengröße und Festigkeit sein, welche den chondrogenen Phänotyp aus hMSC induzieren soll; AP 3.2: Verbesserung der Induktion der Chondrogenese aufgrund gezielter Optimierung der Zellkulturbedingungen. M2 (7.Q): Die Zellkulturbedingungen, welche den chondrogenen Phänotyp stabilisieren, werden definiert; AP 3.3: Untersuchung und Verbesserung der Induktion der Chondrogenese aufgrund gezielter Optimierung der Zellkulturbedingungen; AP 3.4: Verbesserung der Matrixeigenschaften durch die Untersuchung der Matrixfestigkeit und deren Zusammenhang mit dem Stammzellverhalten. M3 (10.Q): Koordination der Ergebnisse der parallel laufenden Untersuchungen zum Einfluss der Matrixfestigkeit sowie zur zyklischen mechanischen Beladung auf die Chondrozytendifferenzierung.

Herstellung von nativem Fisch-Kollagen Typ I (PreFisCo) (TP 2)

Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gemeinnützige Gesellschaft mit beschränkter Haftung Meißner Ring 1-5 09599 Freiberg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Michael Meyer 03731 366-165 01GN0963 308.081 EUR 01.04.2009 - 30.06.2012

Kollagen Typ I ist ein seit langem bekanntes Matrixmaterial für Tissue Engineering. Für 2D-Anwendungen werden meist Kollagenlösungen verwendet, mit denen Kulturgefäße oder auch Implantatmaterialien beschichtet werden. Für dreidimensionale Anwendungen müssen dagegen hochviskose Massen hergestellt werden, aus denen durch Gefriertrocknung geeignete Matrizes gewonnen werden. Bislang wurde zur Herstellung von kollagenbasierten Medizinprodukten meist Rinderkollagen, gewonnen aus Haut oder Sehne verwendet. Mit dem Auftreten von BSE geriet dieses Material jedoch in die Kritik, und es wird nach alternativen Kollagenquellen gesucht. In Teilprojekt 2 sollen daher Aufbereitungsverfahren für Kollagen aus Fischhaut entwickelt werden, um daraus lösliches und unlösliches natives Kollagen Typ I in hoher Reinheit zu gewinnen. Dieses marine Kollagen Typ I soll als Matrixmaterial zur Herstellung der Knochenkomponente der biphasischen Scaffolds verwendet werden. Folgende Arbeitspakete werden durchgeführt: AP1: Rohwarenbeschaffung und deren Charakterisierung; AP2: Rezeptur- und Technologieentwicklung; AP3: Entwicklung geeigneter Zerkleinerungstechnologien; AP4: Charakterisierung der Kollagenmassen; AP5: Entwicklung von Stabilisierungstechnologien und Charakterisierung der damit hergestellten Materialien.

Biphasische Scaffolds aus aquatischen Kollagenen (BiScaff) (TP 1)

Technische Universität Dresden Max-Bergmann-Zentrum für Biomaterialien Institut für Werkstoffwissenschaft Budapester Str. 27 01069 Dresden

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Michael Gelinsky 0351 463-39370 01GN0962 769.721 EUR 01.04.2009 - 30.06.2012

Basierend auf einem bereits entwickelten Verfahren sollen biphasische, dabei aber monolithische, poröse Scaffolds für osteochondrale Defekte aus aquatischen (marinen) Kollagenen entwickelt werden. Für den chondralen Teil der Scaffolds soll Kollagen verwendet werden, welches aus Quallen isoliert worden ist – und das in Struktur und Zusammensetzung dem humanen Kollagen Typ II ähnlich ist. Für die knöcherne Schicht soll Kollagen I aus Fischhaut benutzt werden, das mit Calciumphosphat mineralisiert wird und damit einen Nanokomposit bildet, welcher die extrazelluläre Matrix von Knochengewebe nachahmt. Dieser Scaffold-Typ soll als Matrix für menschliche mesenchymale Stammzellen (hMSC) verwendet werden, die chondrogen (TP 3) bzw. osteogen differenziert werden sollen. Durch geeignete Porosität und Zellbesiedlungstechniken soll eine homogene Zellbesiedlung sichergestellt werden. Es sollen Kulturbedingungen entwickelt werden, die eine stabile Zell-Differenzierung sicherstellen und zu mechanisch stabilem osteochondralem Gewebe führen. Dabei sollen folgende Arbeitpakete durchgeführt werden: AP1: Entwicklung von biphasischen, dabei aber monolithischen Scaffolds auf der Basis von Kollagenen aquatischen Ursprungs; AP2: Physiko-chemische, mikroskopische und mechanische Charakterisierung der Scaffolds; AP3: Untersuchung geeigneter Zellbesiedelungstechniken und der Zellverteilung in den Scaffolds; AP4: Untersuchung und Quantifizierung der osteogenen Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen im knöchernen Teil des Scaffolds; AP5: Gleichzeitige Kultivierung von chondrogen und osteogen differenzierten hMSC unter Perfusionsbedingungen in den Biphasischen Scaffolds bei zyklischer mechanischer Stimulation. Die CRM (Coastal Research & Management GbR) arbeit im FE-Auftrag in diesem Teilprojekt. Die Leistung der CRM besteht in der Aufarbeitung und geeigneten Behandlung von Kollagen II marinen Ursprungs im Hinblick auf die besonderen Anforderungen als biphasischen Scaffold für den Knorpelersatz. Dabei sollen folgende Arbeitpakete durchgeführt werden: AP1: Etablierung sicherer Bezugsquellen für geeignete Quallen, Charakterisierung des Rohmaterials und Qualitätskontrolle; AP2: Entwicklung einer geeigneten Technologie zur Extraktion, Reinigung und Analyse; AP3: Entwicklung eines Extraktions und Verfahrensprozesses für einen größeren Maßstab, Qualitätsanalyse und Sicherstellung der Reproduzierbarkeit der Kollagene.

Verbundprojekt: Autologes bioartifizielles Herzgewebe für die Herzgewebereparatur

Die Zelltransplantation und der Ersatz geschädigten Gewebes durch in vitro hergestellten bioartifiziellen Gewebeersatz könnten die gegenwärtigen therapeutischen Möglichkeiten für viele Krankheiten entscheidend verbessern. Im Falle von Herzerkrankungen stellt das Fehlen geeigneter Zellquellen jedoch ein gravierendes Problem für die Umsetzung derartiger Therapiekonzepte dar.

Genetische Induktion kardialer Differenzierung (TP 4)

Ludwig-Maximilians-Universität München Klinikum der Universität München LIFE-Zentrum - Laser-Forschungslabor Marchioninistr. 23 81377 München

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Wolfgang-Michael Franz 089 70953094 01GN0960 225.225 EUR 01.05.2009 - 30.09.2012

Im Rahmen des Teilprojektes an der LMU München erfolgt 1) die "kardiovaskuläre Programmierung” der im Konsortium verwendeten  adulten pluripotenten Stammzelltypen mittels MesP1;  2) die Aufreinigung der kardiovaskulären Progenitorzellen über die Expression von deltaCD4 unter MesP1-Promotor-Kontrolle und endogener Flk1-Expression mittels magnetischer Zell-Separation (MACS); 3) die physiologische Charakterisierung der programmierten und MACS gereinigten kardiovaskulären Progenitorzellen; 4) die Testung dieser Zellen hinsichtlich ihrer Eignung für die Zelltransplantation und die Generierung von bioartifiziellem Herzgewebe mittels Tissue-Engineering im Rahmen des Konsortiums; 5) die Verwendung dieser Zellen für molekularbiologische, biochemische und globale Genexpressionsanalysen mit dem Ziel die Rolle von MesP1 bei der kardiovaskulären Entwicklung zu entschlüsseln und intrinsische und extrinsische kardiogene Faktoren zu identifizieren, um zukünftig die kardiovaskuläre Stammzelldifferenzierung zu steigern. Hierfür sind die folgenden Arbeiten erforderlich: 1) die Generierung transgener muriner pluripotenter Stammzelllinien; 2) die Generierung humaner lentiviral transduzierter transgener pluripotenter Stammzelllinien; 3) MACS der MesP1-deltaCD4+ und MesP1-deltaCD4+/Flk1+ murinen und humanen kardialen Vorläuferzellen; 4) Transplantation in das murine Infarktmodel und hämodynamische Auswertung; 5) Charakterisierung von neu identifizierten MesP1-Zielgenen aus dem bereits erfolgten Chromatin-Immunpräzipitations-Screening; 6) Identifikation von MesP1 Protein-Protein-Interaktionen mittels Two-Hybrid-Screen und biochemische Verifizierung von Kandidatengenen; 7) Illumina-Chips und Evaluierung mittels neuer biostatistischer Analysetools.

Induzierte pluripotente Stammzellen (TP 2)

Medizinische Hochschule Hannover Abt. HTG-Chirugie/LEBAO Carl-Neuberg-Str. 1 30625 Hannover

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Ulrich Martin 0511 532-8820 01GN0958 251.480 EUR 01.05.2009 - 30.09.2012

Ziel des Teilprojektes ist die Entwicklung von bioartifiziellem Herzgewerbe (EHT) basierend auf kardiovaskulären Progenitorzellen (KVPCs) und Kardiomyozyten (KMs), differenziert aus murinen und humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen). Hierfür sind folgende Arbeitschritte erforderlich: 1) Differenzierung muriner und humaner iPS-Zellen zu KVPCs und KMs mit Hilfe der "embryoid body" Methode und Einzelzelldifferenzierung; 2) Charakterisierung von aus iPS-Zellen differenzierten KVPCs und KMs über qRT-PCR, Immunfärbungen, Mikroelektroden-Arrays und Messung intrazellulären Calciums; 3) Lentivirale Transduktion zur Generierung selektierbarer iPS-Klone, parthenogenetischer, spermatogonialer und embryonaler Stammzellklone; 4) Lentivirale Transduktion zur Überexpression des Transkriptionsfaktors Mesp1 zur genetischen Induktion der kardialen Differenzierung; 5) Herstellung und Charakterisierung von iPS-EHT's über Elektronenmikroskopie, konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie, Kraftmessung, Elektrophysiologie; 6) Zur Untersuchung des regenerativen Potenzials in vivo werden a) zelluläre Stammzellderivate (murine und humane iPS) und b) in vitro hergestelltes Herzmuskelgewebe in gesunde und infarzierte Mäuse bzw. Schweine transplantiert. Der Nachweis des Zellüberlebens und der Zellintegration in den Krankheitstiermodellen erfolgt über Immunhistologie. Funktionsmessungen werden mittels Magnetresonanztomographie und Miller-Katheter durchgeführt; 7) Die generierten murinen und humanen iPS werden den anderen Teilprojekten zur Verfügung gestellt.

Parthenogenetische und spermatogoniale Stammzellen für die Herzgewebereparatur (TP 1 und 3)

Georg-August-Universität Göttingen Universitätsmedizin Göttingen Zentrum Pharmakologie und Toxikologie Abt. Pharmakologie Robert-Koch-Str. 40 37075 Göttingen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Wolfram-Hubertus Zimmermann 05139-5781 01GN0957 537.288 EUR 01.06.2009 - 30.09.2012

In diesem Vorhaben werden aktuelle Neuentwicklungen (nicht-embryonale pluripotente Stammzellen, kardiale Programmierung durch genetische Manipulation) ausgenutzt, um die Voraussetzungen für eine klinische Prüfung bioartifizielle Herzgewebe zu schaffen. Zunächst werden kardiovaskuläre Vorläuferzellen in spermatogonialen (SSC), induzierten (iPS) und parthenogenetischen (PSC) Stammzellen identifiziert und deren Differenzierungspotenzial vor und nach genetischer Optimierung durch Überexpression von MesP1 untersucht. Kardiale Vorläuferzellen werden schließlich entweder durchflusszytometrisch über etablierte (VEGFR2) oder transgen exprimierte (deltaCD4) Oberflächenmarker aufgereinigt. Nach Vergleich der Differenzierungskapazität mit ESC-abgeleiteten Vorläuferzellen wird die Fähigkeit zur Integration sowie Maturierung in vivo überprüft und anschließend künstliche Herzgewebe (Engineered Heart Tissues: EHTs) generiert. Die Anwendung zur Gewebereparatur von EHTs wird schließlich im Kleintiermodell (murine Zellen in der Maus) und Großtiermodell (humane Zellen im Schwein) überprüft.

Verbundprojekt SatellitenzellenNetzwerk (SatNet)

Der Forschungsverbund „SatNet“ untersucht systematisch die molekularen Mechanismen und Signalwege, welche für die Determinierung, die Erneuerung und den Erhalt der Regenerationsfähigkeit von Satellitenzellen als Muskelstammzellen verantwortlich sind. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten soll zu einem vertieften Verständnis der Ursachen und langfristig zu verbesserten Therapien von Muskelerkrankungen führen.

Regeneratives Potenzial von Muskelstammzellen (TP 4)

Charité - Universitätsmedizin Berlin Campus Virchow-Klinikum - Klinik für Pädiatrie Augustenburger Platz 1 13353 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Markus Schülke-Gerstenfeld 030 450 566-468 01GN0956 237.060 EUR 01.07.2009 - 30.06.2012

Satellitenzellen, die adulten Stammzellen den Muskelgewebes, verlieren schnell ihr regeneratives Potenzial und sterben ab, sobald man sie außerhalb des Körpers in Zellkultur nimmt. Dies ist ein wesentliches Hemmnis in der Anwendung myogener Stammzellen zur Zelltherapie genetisch bedingter Muskelerkrankungen. Deshalb untersucht das Projekt die Signalwege, die es den myogenen Stammzellen in vivo ermöglichen, ihre Regenerationsfähigkeit zu bewahren, zu migrieren und mit geschädigten Muskelfasern zu fusionieren. Ziel des Vorhabens ist die Optimierung des Proliferationspotenzials von Satellitenzellen in vitro. Das Vorhaben will zudem erforschen, wie die Notch- und Wnt-Signaltransduktionswege beim Menschen und bei der Maus die reguläre Myogenese der Stammzellen beeinflussen und eine zentrale Rolle für unterschiedliche Stadien der myogenen Differenzierung einnehmen. Es wird untersucht, wie sich eine Stimulation der o. g. Signalwege unter Zellkulturbedingungen auf die Proliferationsrate, das Überleben und die Regenerationsfähigkeit auswirken. Für letzteres Experiment werden die unter verschiedenen Kulturbedingungen expandierten und markierten Satellitenzellen zurück in immunsupprimierte Mäuse transplantiert und untersucht, in welchem Umfang diese in der Folge zur Muskelregeneration beitragen.

Bestimmung und Erhaltung von Muskelstammzellen (TP 2)

Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung (W.G. Kerckhoff-Institut) Parkstr. 1 61231 Bad Nauheim

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Dr. Thomas Braun 06032 705-402 01GN0954 254.616 EUR 01.06.2009 - 31.05.2012

Die Mechanismen, die zu einem Verlust der Zahl bzw. Fitness von Muskelstammzellen führen, sind noch unverstanden. Eine Stimulation der Erneuerung von Muskelstammzellen und ihre Differenzierung birgt ein enormes Potenzial zur Behandlung von Muskel-zerstörenden Erkrankungen und könnte die klinischen Zustände von Patienten mit Muskeldystrophien verbessern. Das Projekt untersucht die molekularen Mechanismen und Signalwege die für die Kontrolle der Selbsterneuerung, die asymmetrische Zellteilung und die Festlegung der Stammzelllinie verantwortlich sind. Zudem erfolgt eine Untersuchung der Heterogenität der Stammzellen, da unterschiedliche Stammzell-Linien ein unterschiedliches Potenzial zur Regeneration des Skelettmuskels besitzen. Es wird eine Kombination genetischer, zellbiologischer und molekularbiologischer Methoden verwendet, um die epistatische Regulation der untersuchten Regulatoren zu bestimmen und neue Strategien für die Manipulation von Muskelstammzellen zu entwickeln. Das Vorhaben basiert wesentlich auf der Verwendung von transgenen Mäusen und der Anwendung der Cre-recombinase loxP Technologie. Das MPI für Herz- und Lungenforschung besitzt eine weitgehende Expertise bei der Analyse von Mausmodellen. Stammzellen und Satellitenzellen sollen u. a. aus isolierten Muskelfasern isoliert werden. Die Zellen werden dann u. a. im FACS analysiert oder unter verschiedenen Bedingungen kultiviert, um Effekte einer Aktivierung des NOTCH-Pathways, die Effekte der Inhibition der Apoptose sowie die Proliferationskinetik von Muskelstammzellen zu untersuchen.

RBP-J/Notch Signalweg und die Muskelstammzellnische (TP 1) und Transkriptionsnetz (TP3)

Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin Robert-Rössle-Str. 10 13125 Berlin

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Carmen Birchmeier 030 9406-2403 01GN0953 654.724 EUR 01.06.2009 - 31.05.2012

Die Mechanismen, die bei der Determinierung und Propagierung von Muskelstammzellen eine Rolle spielen, sind zurzeit nur unzureichend verstanden. Ein vertieftes Verständnis dieser Mechanismen wird langfristig zu verbesserten Therapien bei degenerativen Muskelerkrankungen und Sarkopenien führen. Das Vorhaben basiert auf der Analyse von transgenen Mauslinien. In Teilprojekt 1 werden mittels Cre-Rekombinase-Technologien konditionelle Mutanten erzeugt und anschließend funktionell untersucht, um die Bedeutung des Notch-Signalwegs bei der Entstehung und Aufrechterhaltung von Satellitenzellen aufzuklären. Dabei kommen Immunhistologie, DNA-Microarrays sowie Zellkulturtechniken zum Einsatz. In Teilprojekt 3 sollen transkriptionelle Netzwerke von Satellitenzellen analysiert und neue Zielgene bekannter Transkriptionsfaktoren identifiziert werden. Dazu werden Satellitenzellen in Kultur genommen und mittels DNA-Microarray-Technologien sowie Chromatin-Immunopräzipitation/Deep Sequencing (ChIP-Seq) analysiert.

Verbundprojekt: Multipotente mesenchymaler Stroma-Zellen (MSC) zur Verbesserung des Langzeitüberlebens transplantierter Pankreas-Inselzellen

MSC-Migration als ein kritischer Schritt in der Toleranz von Allotransplantaten

Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main Institut für Transfusionsmedizin und Immunhämatologie Sandhofstr. 60528 Frankfurt am Main

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Reinhard Henschler 069 6782191 01GN0952 233.928 EUR 01.05.2009 - 30.04.2012

Die Mechanismen des Homingverhalten von mesenchymalen Stroma- bzw. Stammzellen (MSC) sowie der Interaktion von MSC mit Zellen des Immunsystems werden durch in vitro-Modelle sowie Analysen im Tierversuch charakterisiert. Es werden genetisch manipulierte MSC mit gezielt verbessertem immunsupressivem Potenzial hergestellt. Ihre Wirkung auf Toleranzinduktion und Anwachsen der Insel-Zellen wird untersucht. Das Homingverhalten von MSC in lymphatischen Organen wird im Mausmodell charakterisiert und es werden die hierfür verantwortlichen Adhäsionsmoleküle bestimmt. Durch Modulation der GTPasen Rho und Rac wird versucht, das Homingverhalten der MSC gezielt zu beeinflussen. Letztlich sollen Peptidfaktoren identifiziert werden, die relvante Schritte des Homings von MSC bei der Toleranzinduktion verändern. Die Erkenntnisse werden zur Etablierung verbesserter Therapiemodelle im Rahmen der Transplantation von Inselzellen verwendet, wobei Methoden- und Anwendungspatente angestrebt werden.

Rolle der Indoleamin-2.3-dioxygenase (IDO) bei der Interaktion von MSC mit Pathogenen und mit T-Zellen

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Institut für Medizinische Mikrobiologie, Krankenhaushygiene und Virologie Moorenstr. 5 40225 Düsseldorf

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Walter Däubener 0211 81-12464 01GN0951 228.528 EUR 01.05.2009 - 30.04.2012

Es wird der Effekt von Tryptophan und von Tryptophan-Abbauprodukten auf die immunologische und antimikrobielle Effektorfunktion von mesenchymalen Stammzellen (MSC) untersucht. Der Effekt einer Tryptophanverarmung bzw. von toxischen Tryptophanabbauprodukten auf die Vitalität und Differenzierung von MSC wird untersucht. Desweiteren soll der Einfluss der gleichen Metabolite auf die Interaktion von T-Zellen und MSC analysiert werden. Der Einfluss von Pathogenen auf die antimikrobielle und immunologische Funktion von MSC wird funktionell untersucht. Die funktionelle Kompetenz von MSC soll im Hinblick auf ihre Verwendbarkeit als biologische Inhibitoren der zellulären Immunantwort bei der Inselzell-Transplantationen geklärt werden.

MSZ-vermittelte Konditionierung humaner Inseln

Technische Universität Dresden Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Klinik und Poliklinik III Fetscherstr. 74 01307 Dresden

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Mathias Brendel 0351 458-4257 01GN0950 227.597 EUR 01.03.2010 - 28.02.2013

Ziel des Vorhabens ist die Gewinnung von humanen Pankreas-Inseln mit hoher funktioneller Qualität unter Entwicklung eines neuartigen Isolationsverfahrens. Zur Überprüfung des Effektes einer erhöhten Sauerstoffversorgung sowohl während der Inselisolation als auch in der anschließenden Kulturphase zur Verbesserung der Inselausbeute und Funktion werden Sauerstoff-hochgesättigte Perfluorochrome (Perfluorodecalin) eingesetzt. Isolierte humane Insel-Zellen werden für die Verbund-Partner zur Verfügung gestellt (Inselverteilungs-Core-Unit). Eine Verbesserung der isolierten humanen Inseln durch Steigerung der Resistenz gegen inflammatorischen Stress soll durch Ko-Kultur mit immun- bzw. inflammationsmodulierenden MSC oder Kulturüberständen von MSC aus dem Knochenmark erreicht werden. Die Gewinnung und Charakterisierung von pankreatischen MSC (pMSC) und die Überprüfung ihres Potenzials zur Verbesserung der Inseltransplantatfunktion und der Revaskularisierung von transplantierten Langerhans'schen Inseln ist ein weiteres Ziel. Die Gewinnung, Aufreinigung und Charakterisierung von Pankreas-ständigen mesenchymalen Stammzellen erfolgt durch Aufreinigung einer Einzelzell-Dispersion auf CD721-beschichteten Micro-Bead-Säulen. Je nach Forschungsergebnis wird eine therapeutische Intervention zur Verringerung von innaten Entzündungsreaktionen und möglicherweise zur Verringerung einer auto- und alloreaktiven Immunreaktion entwickelt. In der weiteren Perspektive ergibt sich hieraus die Verbesserung speziell der klinischen Inseltransplantation.

Verbesserung von Inselzellüberleben und Inselzellregeneration durch MSC - Therapie

Klinikum der Universität München Campus Innenstadt Diabetes Zentrum Ziemssenstr. 1 80336 München

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Jochen Seissler 089 5160-2200 01GN0949 219.225 EUR 01.05.2009 - 31.10.2012

Der Erfolg einer Inselzelltransplantation ist stark limitiert durch die Notwendigkeit der Transplantation einer großen Zahl von Langerhans-Inseln und die nachfolgende immunsuppressive Therapie. Das Ziel ist, die pleiotropen Effekte der mesenchymalen Stammzellen (MSCs) zu nutzen, um ein lokales Milieu zu schaffen, welches das Überleben des Transplantats durch Verbesserung der Vaskularisation, der Regeneration und der immunologischen Akzeptanz steigert. Das Überleben und die Funktion transplantierter Inseln werden getestet in unterschiedlichen Transplantationsorten nach Kotransplantation mit humanen (IDO-positiv) und murinen MSCs (IDO-negativ). Da beschrieben worden ist, dass MSCs die Zellregeneration unterstützen, ist geplant, einen Kotransfer von Inseln +/- MSCs mit EGFP-markierten Betazell-Progenitorzellen und duktalen Zellen durchzuführen. Anschließend wird das Ausmaß der Zellregeneration durch Replikation und Neogenese untersucht. Nach Austestung der besten Transplantationsbedingungen, soll eine Transplantation mit humanen Inseln/humanen MSCs/Knochenmarkszellen in NOD Scid-IL2-Rezeptor Knockout Mäuse erfolgen. Dieses humanisierte Mausmodell kommt der klinischen Situation näher und erlaubt, die durch MSC induzierte Regeneration und die immunologische Reaktionen bei Transplantation von humanen Inseln zu testen. Es wird eine neue therapeutische Strategie untersucht, um die Transplantatregeneration und das Langzeitüberleben von transplantierten Langerhans-Inseln zu verbessern. Die Studie soll die Grundlage für die Entwicklung einer verbesserten Transplantationstechnik bei Typ 1 Diabetikern darstellen, mit der nebenwirkungsarm eine gute Langzeitfunktion des Inseltransplantats erzielt wird.

Verbundprojekt: Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) und adulte Knochenmarkzellen zur kardialen Regeneration

Einfluss mesenchymaler Stammzellen (MSC) auf das tumorigene Potenzial von iPS-abgeleiteten Kardiomyozyten

Deutsches Herzzentrum Berlin Berlin-Brandenburg Center für Regenerative Therapien Augustenburger Platz 1 13353 Berlin

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

PD Dr. Christof Stamm 030 4593 2109 01GN0948 268.835 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) abgeleitete Zellprodukte besitzen ein latentes Risko der Tumorentstehung durch insertionale Mutagenese bei der virus-vermittelten Transfektion und/oder durch Reaktivierung onkogener Transfektionsgene. Im Konsportium wird die Hypothese überprüft, dass die Ko-Transplantation von mesenchymalen Stammzellen (MSC) und iPS-abgeleiteten Kardiomyozyten (iPS-KM) deren Überlebensrate und Integration durch immunmodulatorische Faktoren unterstützt. Andererseits könnte die MSC-induzierte lokale Immunsuppression die Tumorlatenz der iPS-KM demaskieren. Darüber hinaust ist zur Zeit nichts über den Einfluss biologischer Stressoren im ischämischen Myokard auf iPS-KM bekannt. Die Ergebnisse der Experimente werden die Beurteilung erlauben, ob die Ko-Transplantation von iPS-KM und MSC das Tumorrisiko unter Basisbedingungen sowie unter myokardialen Stressbedingungen erhöht. Folgende Fragen sollen beantwortet werden: 1) Üben MSC einen protektiven Effekt auf iPS-KM unter hypoxischem oder oxidativem Stress aus (Untersuchung von in vitro-Hypoxie und Reoxygenierung, Hemmung der Glutathionbiosynthese, Bestimmung von Vitalität, pro-apoptotischen Signalkaskaden, intrazellulärer Calciumhomöostase, genomischer Stabilität und Transgen-Reaktivierung von Oct4, Sox2, Lif4 und cMyc )? 2) Sind iPS-KM Zellprodukte im normalen oder im infarzierten Myokard tumorigen (Implantation von iPS-KM in steigender Dosierung in normales und infarziertes murines Myokard, Bestimmung der Tumorinzidenz lokal und systemisch nach zwölf Monaten)? 3) Erhöht die Ko-Transplantation von MSC das Risiko der Tumorsentstehung aus iPS-KM (Kombination von iPS-KM und MSC bei den Transplantationsexperimenten)? 4) Wie reagieren transplantierte iPS-KM/MSC auf einen sekundären Ischämie-Reperfusionsschaden?

Herstellung von Kardiomyozyten aus iPS, Analyse ihrer elektrischen Integration (in vitro und in vivo), Optimierungen im Rahmen der Applikation dieser Zellen und Monitoring ihrer Funktion

Universität zu Köln Medizinische Fakultät Universitätsklinikum - Institut für Neurophysiologie Robert-Koch-Str. 39 50931 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Jürgen Hescheler 0221 478-6960 01GN0947 1.264.376 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Ziel ist die Entwicklung eines regenerativen zellbasierten Therapieansatzes, welcher in Zukunft zur Behandlung von Patienten mit Myokardinfarkt genutzt werden kann. Dazu werden aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) differenzierte Kardiomyozyten (iPS-KM) eingesetzt. Diese haben große Vorteile gegenüber den derzeit in klinischer Erprobung befindlichen Knochenmarkzellen, da sie ein unbestrittenes Potenzial zur Kardiomyozytenbildung haben, und gegenüber fetalen, neonatalen oder aus embryonalen Stammzellen differenzierten Kardiomyozyten, da sie autolog einsetzbar und ethisch unbedenklich sind. Die Gewinnung von iPS-KM, Applikationseffizienz, kardialer Zellverbleib, Überleben, Integration und funktioneller Beitrag der Zellen sollen untersucht und durch vielfältige Modifikationen (z. B. Ko-Transplantation mit adulten mesenchymalen Knochenmarkstammzellen - MSC) optimiert werden. Folgende Hypothesen werden überprüft: 1) iPS-KM können in ausreichender Reinheit und funktioneller Integrität gewonnen werden. 2) iPS-KM koppeln elektrisch und mechanisch an adulte Kardiomyozyten in vitro und in vivo. 3) Applikationseffizienz, Verbleib, Überleben und Integration von iPS-KM werden durch veränderte Applikation, Ko-Transplantation mit MSC und Vorbehandlung verbessert. 4) Der funktionelle Beitrag der iPS-KM kann durch Ko-Transplantation mit MSC und veränderte Transplantationstechniken gesteigert werden.

Verbundprojekt: Regeneratives Potenzial mesenchymaler Stromazellen

Materialien zur Isolation; Expansion und Differenzierung mesenchymaler Stromazellen

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. Hohe Str. 6 01069 Dresden

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Carsten Werner 0351 4658-531 01GN0946 108.332 EUR 01.05.2009 - 30.04.2012

Die Einstellung von physikochemischen Parametern des zellulären Mikromilieus bietet neben der Variation von löslichen Faktoren interessante Möglichkeiten zur Steuerung des Wachstums und der Differenzierung von mesenchymalen Stammzellen (MSC) in vitro. Besondere Bedeutung haben dabei die Art der Kopplung der extrazellulären Matrix zum Trägermaterial, die Topologie und die mechanische Charakteristik dieser Matrix. Dafür sollen künstliche Trägerstrukturen mit einer variablen Elastizität entwickelt werden, welche eine Modulierung der Spezifität von Adhäsionsliganden und deren Verankerungsart am Träger für die ex vivo-Kultivierung von MSC erlauben. Aus synthetischen und biohybriden Polymer-Hydrogelen sollen Schichten hergestellt werden, mit denen kombinatorisch die Materialeigenschaften Elastizität, Kopplungsart der Zelladhäsionsliganden und Spezifiät der Adhäsionsliganden variiert werden können. In in vitro-Experimenten werden darauf wachsende MSC untersucht. Die Trägerstrukturen werden dabei für drei Aufgaben bei der Kultivierung der MSC eingesetzt: Isolierung und ex vivo-Vermehrung von MSC sowie Steuerung ihrer Vordifferenzierung. Diese dient zur Unterstützung der ex vivo-Vermehrung von bestimmten Zellarten vor deren Transplantation.

Immunologische Eigenschaften; Einfluss bei Inselzelltransplantationen; Materialien zur Isolation; Expansion und Differenzierung; Knochenregeneration und Signal

Technische Universität Dresden Medizinische Fakultät Carl Gustav Carus Fetscherstr. 74 01307 Dresden

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Martin Bornhaeuser 0351 458-4704 01GN0945 1.010.561 EUR 01.05.2009 - 30.04.2012

Die immunsuppressiven Fähigkeiten und die Immunogenität von humanen mesenchymalen Stroma- bzw. Stammzellen (MSCs) sowie der Mechanismus wie MSCs das Überleben und die Funktionalität transplantierter Inselzellen erhöhen werden analysiert. Zudem wird die Differenzierung von MSC in vitro optimiert und die Interaktion von MSCs mit Nischenzellen, die mit Signalen die Proliferation und Differenzierung in der regenerierenden Zebrafischflosse regulieren, werden studiert. Die Kommunikation von MSCs mit ihren Zielzellen wird mit Fluoreszenzreportern beobachtet. Die Wirkung von MSCs auf Proliferation, Zytokinexpression und zytotoxisches Potenzial von T-Zellen und NK-Zellen evaluiert und die zytotoxische Aktivität von T-Zellen und NK-Zellen gegen MSCs analysiert. MSC-Inselzell-Co-Transplantationen in diabetische Mäuse und MSC-Inselzell-Kulturen in vitro zur Bestimmung der Hauptsignalwege und Mechanismen der MSC-Wirkung werden untersucht. Polymer-Hydrogele und externe Faktoren werden zur Optimierung eingesetzt. Es werden fluoreszierende Reporter für Signaltransduktionswege entwickelt und live Mikroskopie eingesetzt, um die Aktivität der Signale in vivo nachzuweisen. Die Reporter werden in Zellkultur getestet, in Modellorganismen verifiziert und für MSCs und Zielzellen adaptiert. Ziel ist die Entwicklung neuer Therapiekonzepte für Autoimmunerkrankungen und Transplantat-Abstoßungsreaktionen für eine mögliche klinische Umsetzung der MSC-Inselzell-Co-Transplantation. Neben der Patentierung der Reporter für das Screening sollen MSC-basierte Therapieansätze untersucht werden, die auf einem detaillierten Verständnis der Zellkommunikation beruhen.

Verbundprojekt: Standardisierung für regenerative Therapien - mesenchymale Stammzellen

Entwicklung von Hepatozyten aus spezialisierten MSC - Suppopulationen

Medizinische Hochschule Hannover Zentrum Innere Medizin Abt. Gastroenterologie, Hepatologie und Endokrinologie Carl-Neuberg-Str. 1 30625 Hannover

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Michael Ott 0511 532-3712 01GN0944 221.676 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Aufgrund der begrenzten Verfügbarkeit von Hepatozyten hat das Ziel der Generierung von Leberzellen aus Stammzellen für eine breite Anwendung der hepatischen Zelltherapie eine große Bedeutung. Mit optimierten und standardisierten humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC) – Subpopulationen und durch Gentransfer induzierten humanen pluripotenten mesenchymalen Stammzellen (iP-MSC) werden hepatische Differenzierungsprotokolle entwickelt und etabliert. Nach Diffferenzierung erfolgt die Selektion von Zellen mit hepatischem Phenotyp und die Charakterisierung von gewonnenen Zellfraktionen durch molekulare und funktionale Marker mit Hilfe genomischer und proteomischer Analysen. Abschließend erfolgt die Transplantation hepatischer von pluripotenten/multipotenten MSC abgeleiteten Zellen in immundefiziente murine Leberrepopulationsmodelle, die ein „Engraftment“ humaner Zellen erleichtern.

Humane mesenchymale Stammzellen (hMSCs) und induzierte pluripotente MSCs: Entwicklungspotenziale und Epigenotyp

Julius-Maximilians-Universität Würzburg Medizinische Fakultät Institut für Medizinische Strahlenkunde und Zellforschung (MSZ) Versbacher Str. 5 97078 Würzburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Albrecht Müller 0931 201-45848 01GN0943 251.460 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Ziel ist es, das Entwicklungspotenzial von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs) und von induzierten pluripotenten MSCs (iP-MSCs) durch Injektion in murine Blastozysten zu analysieren. Konkret soll untersucht werden, zu welchen klinisch relevanten Zelltypen hMSCs und iP-MSCs differenzieren können. Desweiteren soll der Epigenotyp von hMSCs und von iP-MSCs analysiert werden. Von Verbundpartnern isolierte hMSCs bzw. generierte iP-MSCs werden in murine Blastozysten injiziert. In chimären Embryonen soll mittels humanspezifischer DNA in situ-Hybridisierungen und zelltypspezifischer Immunfärbungen der durch die injizierten Zellen entstandene Gewebetyp ermittelt werden. Es ist vorgesehen, den humanen Donoranteil in Herz und Leber sowie in anderen fötalen Geweben vergleichend zu bestimmen. Schließlich soll eine in vivo fate Map von hMSCs und iP-MSC aufgestellt werden. Zudem wird der Epigenotyp von kurz- und langzeitkultivierten hMSC und von iP-MSCs mit einer neu entwickleten Chromatin-FACS-Methode charakterisiert.

Gen- und Proteinprofile humaner MSC-Subpopulationen

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Heidelberg Medizinische Klinik - Innere Medizin V Hämatologie, Onkologie und Rheumatologie Im Neuenheimer Feld 410 69120 Heidelberg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Anthony D. Ho 06221 56-8001 01GN0940 349.989 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Wir verfolgen die molekulare Charakterisierung von humanen mesenchymalen Stammzellen (MSC) und induzierten pluripotenten mesenchymalen Stammzellen (iP-MSC). Es erfolgt sowohl eine Gen- und Proteinexpressionsanalyse als auch eine eingehende Charakterisierung interzellulärer Junctions-Proteine. Der Vergleich mit einerseits iP-MSC und andererseits differenzierten Hepatozyten wird zu einem besseren Verständnis für die molekularen Eigenschaften von MSC gegenüber unreifen, bzw. ausdifferenzierten Zellen führen. Folgende Untersuchungen werden durchgeführt: 1) Definition von Genexpressions- und Proteomprofilen humaner MSC-Subpopulationen und iP-MSC; 2) Charakterisierung mit Hilfe definierter molekularer Marker und Adhäsionsproteine (junctional complexes, Signaltransduktionspfade, Cytoarchitektur); 3) Vergleich von MSC, iP-MSC und differenzierten Zellen in funktionellen Tests in vitro und in vivo; 4) Einfluss der replikativen Seneszenz auf Genexpression, Adhäsionsproteine und funktionelle Eigenschaften.

Entwicklung GMP-konformer Prozessierungstechniken für MSC

Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg Fakultät für Klinische Medizin Mannheim Institut für Transfusionsmedizin und Immunologie Friedrich-Ebert-Str. 107 68167 Mannheim

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Karen Bieback 0621 383-9720 01GN0939 229.056 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Bei der Translation experimenteller Ergebnisse in klinische Protokolle erscheint die mangelnde Charakterisierung der mesenchymal stromalen Zellen (MSC) nach wie vor als große Hürde. Daher ist es das Ziel, Standards und Richtlinien zu definieren, die erstens auf einer systematischen Charakterisierung dieser Zellen, gewonnen aus unterschiedlichen Geweben, und Vergleichen mit pluripotenten Stammzellen basieren und zweitens eine standardisierte Produktion von MSC ermöglichen. Es werden MSC aus Knochenmark (BM), Lipoaspirat (AT) und Nabelschnurblut (CB) mittels standardisierter Protokolle isoliert, expandiert, grundlegend charakterisiert und den Verbundpartnern zur weiterführenden Charakterisierung zur Verfügung gestellt. Auch induzierte pluripotente MSC (iP-MSC) werden expandiert und vergleichend charakterisiert. Desweiteren werden die molekularen Grundlagen für die beobachteten Unterschiede im Differenzierungs-Potenzial von CB-MSC und AT/BM-MSC näher untersucht. Die Vorarbeiten zeigten ein verstärktes osteogenes, aber stark reduziertes adipogenes Differenzierungs-Potenzial der CB-MSC. Mitursächlich scheint die verstärkte Expression des Adipogenese inhibierenden Faktors Pref-1 (Preadipocyte Factor 1) in CB-MSC. GMP-konforme Prozessierungstechniken werden weiter optimiert. Hier werden auch iP-MSC und MSC-Untergruppen berücksichtigt. Die Optimierung der Prozessierungsschritte beinhaltet die Entnahme der Gewebe, die Isolation der MSC, die Expansion der MSC mit alternativen Supplementen zu fötalem Kälberserum, die Kryokonservierung und die Optimierung und Standardisierung von Qualitätskontrolluntersuchungen.

Verbundprojekt: Pluripotente Stammzellen zur Behandlung von Herzerkrankungen

Von pluripotenten Keimbahnstammzellen abgeleitete Kardiomyozyten: Immunogene und funktionale Eigenschaften

Universität zu Köln Medizinische Fakultät – Universitätsklinikum Institut für Neurophysiologie Robert-Koch-Str. 39 50931 Köln

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Jürgen Hescheler 0221 478-6960 01GN0937 225.225 EUR 01.03.2009 - 30.09.2012

Es sollen immunogene und funktionale Eigenschaften von pluripotenten Keimbahnstammzellen (pGSCs) und pGSC-abgeleiteten Kardiomyozyten (pGSC-KM) erforscht werden. Die Immuneigenschaften dieser Zellen werden mittels Immunphänotypisierung und Zytotoxizitätsassays in vitro sowiel mittels in vivo-Untersuchungen bestimmt. Zur funktionalen Charakterisierung werden pGSC-KM elektrophysiologisch mittels Patch-clamp, Multielectrode-Arrays und Kraftmessungen untersucht. Darüber hinaus wird das Risiko einer Abstoßung nach Transplantation in syngenen und allogenen Empfängertieren bestimmt und die Transplantation hinsichtlich des Überlebens und Anwachsens von transplantierten pGSC-KM optimiert. Ziel dieser Studien ist daher, eine therapeutische Anwendung der funktionsfähigen pGSC-Kardiomyozyten ohne Immunabstoßung zu ermöglichen. Zuerst werden in vitro aus pGSC die Herzmuskelzellen entwickelt und gereinigt. Eine transgene pGSC-Zelllinie wird zur bildlichen Darstellung von transplantierten pGSC-KM mittels Biolumineszenz generiert. In vitro werden die immunologischen und elektrophysiologischen Eigenschaften der Herzmuskelzellen untersucht und mit denen von embryonalen Stammzellen abgeleiteten oder fetalen Herzmuskelzellen verglichen. Im Hinblick auf eine spätere klinische Anwendung soll das Engraftment der Kardiomyozyten durch die Optrimierung der Applikationsbedingungen und Vorbehandlung der Zellen verbessert werden. Darüber hinaus wird in vivo untersucht, ob das spezifische Immunsystem die Transplantation von Kardiomyozyten beeinträchtigt.

Kardiale in vitro-Differenzierung von pluripotenten Keimbahnstammzellen

Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Medizinische Fakultät und Universitätsklinikum Institut für Physiologie I Sigmund-Freud-Str. 25 53115 Bonn

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Bernd Fleischmann 0228 6885-202 01GN0936 235.725 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Ziel ist die Erzeugung kardialer Zellen aus pluripotenten Keimbahnstammzellen (pGSCs). Die Funktion dieser Zellen und insbesondere ihr klinisches Potenzial für die Therapie von Herzerkrankungen werden in vitro und in Mausmodellen analysiert. Im ersten Jahr werden transgene pGSC-Linien etabliert, die eine Erkennung und Aufreinigung differenzierter kardialer Zellen ermöglichen. Im zweiten Jahr werden diese Zellen zellbiologisch und funktionell charakterisiert und schließlich im dritten Jahr für Transplantationen und elektrophysiologische Untersuchungen in vitro und in vivo eingesetzt.

Evaluation porciner pluripotenter Keimbahnstammzellen

Friedrich-Loeffler-Institut Bundesforschungsinstitut für Tiergesundheit Institut für Nutztiergenetik Höltystr. 10 31535 Neustadt am Rübenberge

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Heiner Niemann 05034 871-148 01GN0935 275.400 EUR 01.03.2009 - 31.07.2012

Das Schwein ist ein bedeutendes Großtiermodell für die biomedizinische Forschung. Pluripotente keimbahngängige Stammzellen sind bisher nur bei der Maus etabliert. Dieses Teilprojekt zielt darauf ab, porcine keimbahngängige pluripotente Stammzellen aus Hodenkeimzellen (pGSC) abzuleiten und im Detail zu charakterisieren. Verfahren zur Isolierung und Kultivierung keimbahngängiger pluripotenter Stammzellen aus Spermienvorläuferzellen sind bei der Maus etabliert und werden an die spezifischen Bedingungen der Spezies Schwein adaptiert. Die Eignung dieser Stammzellen für den Einsatz in der Zelltherapie soll anschließend geprüft werden. Die porcinen pGSCs werden anhand der Expression von Pluripotenzgenen, dem Entwicklungsmuster in der in vitro-Kultur, der chromosomalen Stabilität sowie der Fähigkeit zur direkten und spontanen Differenzierung in vitro charakterisiert. Anschließend werden solche Zellen in immundefiziente Mäuse injiziert, um mögliche Teratombildung zu studieren. Mit dem Konsortium soll insbesondere das Differenzierungspotenzial porciner pGSCs in funktionelle Kardiomyozyten untersucht werden. Funktionelle Kardiomyozyten sollen schließlich in ein etabliertes Infarktmodell des Schweins transplantiert werden. Die erfolgreiche Generierung keimbahngängiger Stammzellen aus Hodengewebe beim Schwein ist ein wichtiges Modell für die Entwicklung ähnlicher Zellen im Humanbereich.

Verbundprojekt: Expansion von Nabelschnurblut-Stammzellen (CB-HSC)

Expansion von hämatopoetischen Stammzellen aus dem Nabelschnurblut durch Kokultur mit mesenchymalen Stromazellen

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Fakultät 10 Medizin und Universitätsklinikum Institut für Biomedizinische Technologien - Lehrstuhl für Zellbiologie Pauwelsstr. 30 52074 Aachen

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Dr. Wolfgang Wagner 0241 80-80759 01GN0933 225.225 EUR 01.05.2009 - 31.10.2012

Die Verwendung von Nabelschnurblutkonserven für Blutstammzelltransplantationen ist aufgrund des begrenzten Ausgangsmaterials bisher eingeschränkt. Ziel ist es daher, die Expansionsmöglichkeiten von hämatopoetischen Stammzellen (HSC) mittels verschiedener Kokultur-Methoden mit mesenchymalen Stromazellen (MSC) zu untersuchen. Humane hämatopoetische Stamm- und Progenitorzellen (HPC) werden aus Nabelschnurblut isoliert. Außerdem werden MSC aus dem menschlichen Knochenmark isoliert. Da MSC die extrazelluläre Matrix und die zellulären Komponenten der natürlichen Stammzellnische im Knochenmark bilden, wird angenommen, dass MSC ein geeignetes Milieu für die Expansion von HSC darstellen. Bei den Versuchen wird das Proliferationsverhalten, der Erhalt eines primitiven Immunophänotyps, das koloniebildende Potenzial und schließlich das Engraftment und die Langzeit-Repopulation im murinen Transplantationsmodell untersucht. Meilensteine sind: 1) Der Vergleich verschiedener Kokultur-Methoden von HPC und MSC. Die Kokultur erfolgt entweder in plastikadhärentem Wachstum oder auf verschiedenen Trägersubstanzen (Microcarriern); 2) Der Einfluss des Spenderalters und der Langzeitkultur von MSC hinsichtlich des Erhaltes und der Expansion von primitiven HPC. Die Ergebnisse werden mit bereits vorliegenden Genexpressionsdaten abgeglichen; 3) Die Analyse epigenetischer Veränderungen in den HPC durch die Kokultur mit MSC. Dabei werden DNA-Methylierungen und Histon-Azetylierungen berücksichtigt.

Epigenetische Charakterisierung hämatopoetischer Stammzellen aus dem Nabelschnurblut und Koordination des Konsortiums

Julius-Maximilians-Universität Würzburg Medizinische Fakultät Institut für Medizinische Strahlenkunde und Zellforschung (MSZ) Versbacher Str. 5 97078 Würzburg

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Prof. Dr. Albrecht Müller 0931 201-45848 01GN0932 263.556 EUR 01.04.2009 - 31.12.2012

Ziel ist es, den epigenetischen Status hämatopoetischer Stammzellen aus dem Nabelschnurblut (CB-HSC) zu charakterisieren sowie den Einfluss epigenetischer Veränderungen auf das Selbsterneuerungspotenzial von CB-HSCs zu untersuchen. Zudem wird das Konsortium koordiniert. Voraussetzung für die breite Verfügbarkeit wirksamer Zelltherapien mit CB-HSCs ist deren effiziente Expansion in vitro. Bei der Erforschung des Selbsterneuerungspotenzial von CB-HSCs stehen epigenetische Phänomene im Fokus. Zur praktischen Durchführung ist vorgesehen, dass das Blut aus der Nabelschnur eines Kindes, nach der Entbindung entnommen wird, ohne den Geburtsvorgang zu stören. Im Anschluss daran werden CB-HSCs (CD34+/CD38- Zellen) durch Ficoll-Hypaque Zentrifugation, durch magnetische Microbeads sowie durch FACS-Sortierung isoliert. CB-HSCs sollen hinsichtlich des globalen Histonacetylierungs- und Methylierungsgrades  mittels einer neu entwickelten Chromatin-FACS Methode analysiert werden. Ferner soll die Expression von Genen, die an der Stammzell-Selbsterneuerung und Differenzierung beteiligt sind, untersucht werden sowie Analysen des Chromatinstatus an Stammzellgenen vorgenommen werden. Die funktionelle Wirkung der Inhibition von Histon-Deazetylasen wird analysiert. Durch diese Experimente werden neue und wichtige Erkenntnisse über den Epigenotyp von CB-HSCs erhalten sowie Methoden zur effektiven Expansion von Nabelschnurblutstammzellen entwickelt, was zukünftig neue Behandlungswege bei Leukämien auch bei älteren Patienten eröffnen kann. Doch zunächst stehen Fragen zur Sicherheit und Effizienz der CB-HSC-Expansion im Mittelpunkt.

CB-HSC-Expansion mittels dreidimensionaler, nanostukturierter Trägermaterialien

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Fakultät 10 - Medizin und Universitätsklinikum Institut für Pathologie Pauwelsstr. 30 52074 Aachen

Leiterin: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Sabine Neuß-Stein 0241 80-80622 01GN0931 280.872 EUR 01.03.2009 - 31.12.2012

Es werden Trägermaterialien entwickelt, welche die in vitro-Expansion von hämatopoetischen Stammzellen aus dem Nabelschnurblut (CB-HSC), entweder direkt oder nach Kopplung von Wachstumsfaktoren bzw. Besiedlung mit mesenchymalen Stromazellen (MSC), ermöglichen. CB-HSC und MSC aus Nabelschnurgewebe werden mit Hilfe der etablierten Biomaterial-Testplattform in Kontakt zu verschiedenen zweidimensionalen Polymeren standardisiert untersucht auf: Zelladhäsion, -vitalität, -proliferation, Zytotoxizität und Apoptose. Polymere, die als zytokompatibel für beide Zelltypen identifiziert werden, sollen in dreidimensionaler Struktur hergestellt und nativ oder funktionalisiert zur Expansion von CB-HSC eingesetzt werden. Die Funktionalisierung besteht entweder aus einer Kopplung von Wachstumsfaktoren / Zytokinen an das Trägermaterial oder aus einer Besiedlung mit MSC. CB-HSC, die mittels dieser Trägermaterialien expandiert wurden, werden dann in ein Mausmodell xenotransplantiert und auf ihr Langzeitwachstum und ihre Differenzierbarkeit in vivo untersucht.

Entwicklung eines Standard-Protokolls zur ex vivo-Expansion von CB-HSC und dessen klinische Anwendung zur Behandlung Akuter Leukämie

Medizinische Hochschule Hannover Abt. Hämatologie, Hämostaseologie und Onkologie Carl-Neuberg-Str. 1 30625 Hannover

Leiter: Tel.: FKZ: Betrag: Laufzeit:

Dr. Bernhard Schiedlmeier 0511 532-5134 01GN0930 448.951 EUR 01.04.2009 - 30.09.2012

Ziel ist es, durch die Verwendung neuartiger Wachtumsfaktoren und neuer Methoden zur spezifischen Blockade inhibitorischer Signaltransduktionswege, ein standardisiertes, Medizinprodukt-konformes Kulturverfahren zur effizienten ex vivo-Expansion von hämatopoetischen Stammzellen (HSC) aus Nabelschnurblut (CB-HSC) zu etablieren. Parallel sollen die der ex vivo-HSC-Expansion zugrundeliegenden molekularen Mechanismen durch vergleichende Genexpressionsstudien identifiziert werden. Die expandierten CB-HSC sollen von AML-Patienten (akuter myelomischer Leukämie) mit Hoch-Risiko Charakteristika überprüft werden. Die Vermehrung von CB-HSC in serum-freien Suspensionskulturen für bis zu 20 Tage erfolgt im die Expansion fördernden Medium bzw. in einem, die Expansion nicht-unterstützenden, Zytokin-Cocktail, jeweils mit und ohne Expression spezifischer Inhibitoren der Signaltransduktion von TGFbeta bzw. TNFalpha. Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen neben Analysen zum Erhalt eines primitiven Immunophänotyps, dem Potenzial zur Koloniebildung und Differenzierung, vor allem ein Vergleich der Transkriptome expandierter HSC, sowie Untersuchungen zum Engraftment und der Langzeit-Repopulation im murinen Maus-Transplantationsmodel. Es wird ein klinisches Studienprotokoll für den Einsatz expandierter CB-HSCs zur Behandlung von älteren AML- Hoch-Risiko Patienten erarbeitet. Die erhobenen Patientendaten werden analysiert und verglichen mit den Ergebnissen aus Transplantationen gleichaltriger Patienten mit HSC aus Knochenmark bzw. Stammzell-angereichertem Blut nahe verwandter Spender.

b) abgeschlossene Vorhaben