Transplantation – regenerativer Ansatz

Die Limitierungen der bisher genannten therapeutischen Ansätze haben dazu geführt, dass intensiv an der Entwicklung regenerativer Therapiemöglichkeiten

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gearbeitet wird. Hier stehen Zelltransplantationen in die betroffenen Gehirnregionen im Fokus. Zellen verschiedener Quellen werden als mögliche Spenderzellen untersucht: fetale Zellen, genetisch modifizierte Zelllinien, embryonale oder somatische Stammzellen.

Dopaminerge Neurone, welche aus fetalen Mittelhirn gewonnen werden, wurden im Tierexperiment (BRUNDIN und BJÖRKLUND, 1987, NIKKHAH et al., 1994 (1,2,3), WINKLER et al., 2000, TORRES et al., 2007) und in klinischen Studien (LINDVALL und ODIN, 1994; LINDVALL und HAGELL, 2000; POLGAR et al., 2003) intrastriatal transplantiert. In der Folge konnte eine Reinnervation des Striatums mit Verbindungen von und zu den transplantierten Zellen beobachtet werden. Die transplantierten Zellen gaben gleichmäßig Dopamin ab und führten zu einer funktionellen Verbesserung.

In klinischen Studien wurde die Verbesserung der klinischen Bilder unterstützt durch den Nachweis einer gesteigerten Fluorodopa- Aufnahme in PET-Scans (Positron-Emission-Tomographie). Mit dieser Methode wird anhand der Fluorodopa-Aufnahme im Striatum auf die Menge an Dopamin geschlossen, da sich Fluorodopa genauso verhält wie Dopamin. (ANDRES und MEYER, 2008; BROOKS, 2010).

Es muss jedoch festgehalten werden, dass gerade in der Anwendung von fetalen Spenderzellen eine Reihe von Problemen bis dato nicht gelöst werden konnten, die die routinemäßige Anwendung ermöglichen würden. So ist zum einen die limitierte Verfügbarkeit von geeigneten Spenderzellen sowie deren unzureichende Standardisierung und Reinheit zu nennen, was sich folglich auch in sehr unterschiedlichen Erfolgen widerspiegelt (BJÖRKLUND, 2000). Ebenso stellen die mit der Transplantation von abortiertem fetalen Material verbundenen ethischen Einwände ein gewichtiges Problem bei der Weiterentwicklung dieser Methodik dar.

Desweiteren wurden in klinischen Doppel-Blind-Studien schwere Nebenwirkungen in Form von Dyskinesien beobachtet (FREED et al., 2001; HAGELL et al., 2002), wodurch vorherige Erfolge relativiert wurden. Folglich liegt der Fokus unter anderem auf der Entwicklung alternativer Zellquellen wie immortalisierte neuronale Zelllinien, embryonale und neuronale Stammzellen und genetisch modifizierte Zellen (GOLDMANN und WINDREM, 2006).

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2.1.3.2.2.1 Zellquellen für die Transplantationstherapie

Zellen, die für die Anwendung in der Transplantationstherapie in Betracht gezogen werden, sollten idealerweise folgende Eigenschaften aufweisen: Sie sollten die Transplantation in ausreichender Zahl überleben (LINDVALL und BJÖRKLUND, 2004), die Fähigkeit besitzen, Dopamin zu synthetisieren und in geregelter Art und Weise zu sezernieren, Axone zur Reinnervation auszubilden, Girk2 auszuprägen (G-Protein activated inward rectifier potassium channel-2, typisch vor allem für die dopaminergen Neurone der Sn Pc, s.u.) und motorische Defizite zu beheben (CORREIA et al., 2005).

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die in der Lage sind zu proliferieren, sich zu reproduzieren und Progenitorzellen zu generieren, die wiederum in verschiedenste Zelltypen differenziert werden können. Im Detail untersucht werden embryonale Stammzellen (ESC), neuronale Stammzellen (NSC), Stammzellen aus adultem Knochenmark (BMSC), sowie Stammzellen aus Nabelschnurblut (MEYER und ANDRES; 2008). Auch Zellen aus der subventrikulären Zone Erwachsener werden auf ihre Eignung hin untersucht (CORREIA et al., 2005).

Humane ESC (hESC), die aus der inneren Masse von Blastozysten gewonnen werden (5-6 Tage nach Befruchtung), sind pluripotent. Sie lassen sich in großer Menge expandieren und gerichtet in jeden gewünschten Zelltyp differenzieren und werden deshalb als vielversprechende Möglichkeit in der Transplantationsforschung angesehen.

NSC (auch neuronale Progenitorzellen genannt) werden in bestimmten Regionen des sich entwickelnden aber auch des adulten zentralen Nervensystems gefunden, wie z.B. in der subventrikulären Zone, im Hippocampus, Cortex und Rückenmark.

Unter bestimmten Konditionen und unter dem Einfluss bestimmter Wachstumsfaktoren entwickeln sich diese multipotenten Zellen gerichtet in die verschiedenen neuronalen und glialen Zelltypen.

Sowohl Stammzellen als auch Progenitorzellen wurden vielfach im Tiermodell transplantiert und führten zu positiven Ergebnissen (BJÖRKLUND et al., 2002, ANDRES und MEYER, 2008; HAHN et al., 2009). Die Nachteile von embryonalen Stammzellen sind jedoch unter anderem die Gefahr der Tumor- bzw.

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Teratombildung. In Kulturen wurden Chomosomenabberationen beobachtet (DRAPER et al., 2004, LI et al. 2008), auch in vivo wurden Neoplasien nachgewiesen (NISHIMURA et al., 2003). Desweiteren stellen immunologische Unterschiede zwischen Spender und Empfänger sowie ethische Aspekte eine Limitierung für den ungehinderten Einsatz embryonaler Stammzellen in der regenerativen Parkinson Therapie dar (TIMMER et al., 2006). Progenitorzellen weisen diese Nachteile nicht auf. Zudem sind sie gut expandierbar (STUDER et al., 1998) sowie erfolgreich genetisch zu verändern (CESNULEVICIUS et al., 2006).

Immortalisierte Linien neuronaler Progenitorzellen stellen eine weitere mögliche Zellquelle für Transplantationen dar. Theoretisch ist hier das Problem des Zellnachschubs gelöst, auch lassen sich diese Zellen anhand von Reporter-Genen im Zielgewebe gut identifizieren. Solche Zelllinien wurden bereits in Tierversuchen untersucht und teilweise konnte eine Differenzierung der Zellen in vivo nachgewiesen werden. Jedoch bleiben auch bei diesem Ansatz Probleme bestehen, vor allem hinsichtlich der Entstehung von Neoplasien (MEYER und ANDRES; 2008)

2.1.3.2.2.2 Limitierungen der bisherigen Ansätze

Es wurden bereits einige ungelöste Probleme angesprochen, namentlich ethische Einwände bei der Verwendung fetaler und embryonaler Stammzellen, unzureichende Standardisierung des nur limitiert vorhandenen zu transplantierenden fetalen Materials sowie die Gefahr von tumorösen Entartungen bei der Verwendung pluripotenter embryonaler Stammzellen.

Im Folgenden wird auf diese und einige weitere Aspekte im Detail eingegangen.

Zunächst sind die schlechten Überlebensraten und die mangelnde funktionelle Integration transplantierter Zellen in vivo zu nennen: 1-5% der transplantierten fetalen Zellen überleben die Transplantation (FREEMAN et al., 1995; ROSENSTEIN, 1995, BARKER et al., 1996; WINKLER et al., 1999, SORTWELL et al., 2000). Es wird jedoch geschätzt, dass mindestens 100.000 Zellen überleben müssen um eine funktionelle Erholung zu induzieren (CORREIA et al., 2005), so dass ein Drittel bis zu der Hälfte des Putamenvolumens reinnerviert ist und eine Fluorodopa-Aufnahme von ca. 50% erfolgt (LINDVALL und BJÖRKLUND, 2004). Die Verbesserung der

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motorischen Funktion steht in Korrelation mit dem Maß der Reinnervation des Striatums. NIKKHAH et al. stellten 1994 bezüglich des Maßes der Reinnervation des Striatums heraus, dass multiple Injektionsstellen die axonale Integration der denervierten Gegend verbessern können (NIKKHAH et al., 1994(1)).

Als mögliche Ursache der geringen Überlebensraten wird unter anderem ein Mangel an neurotrophen Faktoren diskutiert, weshalb die Einbindung diverser neurotropher Faktoren in Transplantationsversuchen vielfach untersucht wird. Hier spielen vor allem die Wachstumsfaktoren Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF), Glial Cell Derived Neurotrophic Factor (GDNF), Fibroblast Growth Factor-2 (FGF-2) und Conserved Dopamine Neurotrophic Factor (CDNF) eine Rolle (s.u.).

Desweiteren sind bis dato mangelnde Kenntnisse über Faktoren, die die Migration, das Wachstum und die Differenzierung der transplantierten Zellen beeinflussen als unzureichend gelöste Probleme zu nennen. Hierzu ist es wichtig, die transplantierten Zellen in vivo eindeutig identifizieren zu können (SØRENSEN et al., 2010).

Als weitere Punkte, deren Einfluss auf die Ergebnisse von Transplantationen vor allem in klinischen Studien noch nicht ausreichend geklärt sind, sind die Auswahl der Patienten, die exakte Transplantat-Platzierung sowie – Zusammensetzung und immunologische Reaktion des Empfängers auf die Spenderzellen (LINDVALL und BJÖRKLUND, 2004).