Diabetes: Magenzellen als Insulin-Produzenten

Schnitt durch das aus Pylorus-Zellen gezüchtete Miniorgan. Rot sind insulinproduzierende Zellen. (Foto: Chaiyaboot Ariyachet)

Bisher müssen sich Menschen mit schwerem Diabetes Insulin meist spritzen. Jetzt haben Forscher eine Methode entwickelt, mit der sich die körpereigene Insulinproduktion wiederherstellen lässt. Sie funktionierten dafür Zellen des Magenausgangs so um, dass sie zu Insulin-produzierenden Betazellen wurden. Pflanzten sie Mäusen die aus diesen Zellen gezüchteten Miniorgane ein, übernahmen diese erfolgreich die Regulation des Blutzuckerspiegels. In diesem Ansatz sehen die Forscher Hoffnung auch für eine Therapie des Diabetes beim Menschen.

Glukose ist ein lebensnotwendiger Energielieferant, aber zu viel davon im Blut kann gefährlich werden. Deshalb hat der Körper Mechanismen entwickelt, mit denen die Zuckerkonzentration im Blut innerhalb gewisser Grenzen konstant gehalten wird. Der wichtigste Regulator ist das Hormon Insulin, das in Zellen der Bauchspeicheldrüse produziert wird und den Blutzuckerspiegel senkt. Doch bei Patienten mit Diabetes Typ 1 und starkem Diabetes Typ 2 sind die Insulin produzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse geschädigt oder sogar zerstört. Bisher kann man zwar Diabetes-Patienten fremde Betazellen transplantieren, aber wie bei anderen Fremdorganen kommt es zu Abstoßungsreaktionen – weshalb diese Therapie kaum angewandt wird. In der Regel bedeutet dies für Diabetiker, dass sie das Insulin von außen zuführen müssen – sie müssen es sich spritzen.

Reprogrammiertes Miniorgan

Doch jetzt könnten Chaiyaboot Ariyachet von der Harvard University in Cambridge und seine Kollegen einen Ansatz gefunden haben, mit dem sich die geschädigten Betazellen ohne die bisherigen Probleme mit der Abstoßung ersetzen lassen, weil körpereigene Zellen dafür genutzt werden. Auf der Suche nach vielversprechenden Kandidaten dafür untersuchten die Forscher die Genetik und Eigenschaften verschiedener Gewebe im Verdauungstrakt. Diese Gewebe sind denen der Bauchspeicheldrüse verwandt und zudem dafür bekannt, noch besonders viele Stammzellen zu enthalten - und damit potenzielle Vorläuferzellen für die Betazellen. Im Gewebe des sogenannten Pylorus, des Magenpförtners, wurden Ariyachet und seine Kollegen fündig: "Wir haben entdeckt, dass einige der Zellen vom Pylorus sich unerwartet leicht in Betazellen umwandeln lassen", berichten sie. Dafür müssen nur drei Gene in den Zellen angeschaltet werden, denn viele für die Betazell-Funktion benötigte Gene und Funktionen sind schon von Natur aus in den Stammzellen des Pylorus aktiv.

Im nächsten Schritt untersuchten die Wissenschaftler, ob die Pylorus-Stammzellen so umfunktioniert werden könne, dass sie dauerhaft Insulin produzieren und dies so effektiv tun, dass der Blutzuckerspiegel dadurch reguliert wird. Dafür entnahmen die Forscher Mäusen einige noch undifferenzierte Pylorus-Zellen und wandelten sie in einer Zellkultur in Insulin-produzierende Betazellen um. Aus diesen reprogrammierten Zellen züchteten sie dann eine Art "Miniorgan". Diesen kleinen Zellball pflanzten sie Mäusen in eine Hautfalte am Zwölffingerdarm ein und beobachteten seine Entwicklung. Wie sich zeigte, wuchs das Miniorgan nicht nur an, es vergrößerte sich auch. Nach vier Wochen war bei einigen der Mäuse bereits ein bis zu einem Zentimeter großer Auswuchs am Darm zu erkennen, der aus geschichtetem, differenziertem Gewebe bestand, wie die Forscher berichten.

Ersatz für zerstörte Betazellen

Analysen ergaben, dass das implantierte Gewebe Insulin produzierte, über längere Zeit gesund blieb und sich von selbst immer wieder regenerierte. Aber reichte dieses Miniorgan auch aus, um die Funktion der Betazellen der Bauchspeicheldrüse komplett zu übernehmen? Um das herauszufinden, zerstörten die Forscher bei den Mäusen alle Betazellen und maßen ihren Blutzucker. Das Ergebnis: Einige der Mäuse, die das implantierte Miniorgan trugen, hatten einen fast normalen Blutzuckerspiegel und überlebten monatelang bis zum Ende der Studie. Diejenigen, denen es fehlte, starben jedoch alle innerhalb weniger Wochen an den Folgen des Diabetes.

Nach Ansicht der Forscher könnte sich dieser Ansatz auch für eine Behandlung menschlicher Diabetiker eignen. "Kombiniert mit den jüngsten Fortschritten in der Gentechnik und der einfachen Gewinnung solcher Zellen durch Biopsien, hat dieser Ansatz erhebliche therapeutische Bedeutung", so die Ariyachet und seine Kollegen. Zudem eröffne diese Reprogrammierung von körpereigenen Zellen die Möglichkeit einer individuellen, maßgeschneiderten Therapie: "Das Schöne an diesem Ansatz ist, dass man die Zellen durch eine Biopsie von einem Patienten gewinnen kann, sie in vitro vermehrt und zu Betazellen macht und sie dann ihm zurück implantiert. Damit schafft man eine patientenspezifische Therapie", sagt Seniorautor Qiao Zhou von der Harvard University. Noch ist dies allerdings nur ein erster Tierversuch und die Erfolgsrate bei den implantierten Miniorganen ist noch zu gering. Aber die Wissenschaftler sind zuversichtlich, hier schnell Fortschritte zu machen. "Genau daran arbeiten wir zurzeit bereits – wir sind sehr begeistert", so Zhou.

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Richard Dawkins ist ein leidenschaftlicher Verfechter der Wissenschaft, der sich selbst als "militanten Atheisten" bezeichnet. In seiner Autobiografie lässt er sein Leben Revue passieren - geistreich und kurzweilig, aber bisweilen auch ausschweifend und redundant.

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