Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr Dr. med. Pascal Senn

1. Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte OhrDr. med. Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie Inselspital, 3010 Bern

2. Inhalt • Einführung • Vielfalt der Zellen • Definitionen und Typen von Stammzellen • Herstellung von Innenohrzelltypen aus Stammzellen • Integration von Stammzellen ins hörgeschädigte Innenohr im Tiermodell • Stammzellen im Innenohr des Menschen • Vorstellung der eigenen Forschungstätigkeit • Zusammenfassung

3. Der Verlust von Haarzellen im Innenohr führt zu irreversibler Hörschädigung beim Säugetier! Gesunde Haarzellen Geschädigte Haarzellen (Lärm, Gifte, etc.)

5. Diese Tiere brauchen keine Hilfsmittel! Sie regenerieren Haarzellen von Stammzellen

6. Definition und Stammzelltypen

8. Stammzelltypen • Embryonale Stammzellen • Werden vom 4–6 Tage alten Embryo gewonnen • Somatische oder adulte Stammzellen • werden von Geweben des differenzierten Organismus gewonnen

9. Li et al, 2003

10. Embryonale Stammzellen Vorteile: • Sind die Zellen mit der grössten Potenz • Man kann jede Zelle des Organismus herstellen, auch Innenohrhaarzellen! • Grosse Vielfalt, grosse Quantität! • Man konnte beim Säugetier Haarzellen im Reagenzglas und nach Injektion in ein Hühnerembryo in vivo herstellen Nachteile: • Ethisch problematisch, weil der Embryo obligat zerstört wird • Anwendung beim Menschen sehr fraglich

11. Adulte Stammzellen • Werden in den differenzierten Geweben des adulten Organismus gefunden • Sind normalerweise verantwortlich für Zellnachschub und Regeneration • Werden typischerweise in Geweben mit einem hohen Zellumsatz gefunden • Knochenmark • Haut • Darm

12. Innenohr? Hirn Herz Retina Lunge Niere Darm Leber Knochenmark Muskel Haut Scott, „Stem Cell Now“, 2006

13. Li & Heller, Nat Med 2003

15. Adulte Stammzellen Vorteile: • Ethisch viel weniger Problematisch • Anwendung beim Menschen eher möglich • Die adulte Stammzelle ist schon näher bei der Zielzelle als die embryonale Stammzelle • Man kann beim Säugetier Haarzellen im Reagenzglas und nach Injektion in ein Hühnerembryo in vivo herstellen Nachteile: • Weniger grosse Quantität möglich • Gewinnung unter Umständen schwierig • Kleinere Potenz

16. Vielfalt der Stammzellen • Sowohl embryonale als auch adulte Stammzellen konnten erfolgreich in Haarzellen und Hörnvervenzellen verwandelt werden • Es gibt mehrere adulte Stammzelletypen im Innenohr der Maus, die zur Herstellung von Haarzellen verwendet werden können • Die Vielfalt der Zellen ist eine gute Voraussetzung für eine allfällige, zukünftige Therapie der Hörminderung

17. Integration von Stammzellen ins hörgeschädigte Innenohr im Tiermodell

18. Transplantation • Transplantation von Stammzellen in das Innenohr eines hörgeschädigten Tiers • A) Die lärmgeschädigte Hörschnecke • B) Der giftgeschädigte Hörnerv

19. A) Die lärmgeschädigte Hörschnecke Parker et al., Hear Res 2007

20. Stammzelleninjektion in die hörgeschädigte Cochlea Parker et al., Hear Res 2007

21. Parker et al., Hear Res 2007

22. Integration der Stammzellen im Corti-Organ und im HörnervenganglionDifferenzierung in Haarzellen und Hörnervenzellen Parker et al., Hear Res 2007

23. Stammzellentransplantation zur Haarzellregeneration in der Hörschnecke • Erfolgreiche Transplantation • Sehr kleine Zahl der Stammzellen überlebt, integriert und differenziert • Keine Hinweise oder Angaben zur Verbesserung des Gehörs

24. B) Der giftgeschädigte Hörnerv Corrales et al., J Neurobiol 2006

25. Stammzellen zur Regeneration des Hörnerven • Erfolgreiche Transplantation • Stammzellen überleben, differenzieren und integrieren • Keine Angaben zur Verbesserung des Hörvermögens

26. Integration • Ist die grosse Knacknuss auf dem Weg zu einer Stammzelltherapie für Hörschädigung • Es reicht nicht, Haarzellen in genügender Zahl im Innenohr zu regenerieren, jede Zelle muss perfekt in das hochkomplexe System des Innenohrs integriert werden, damit ein Hörvermögen erreicht werden kann

27. Andere stammzellbasierte Ansätze zur Therapie der Hörstörung • Eventuell Erfolg versprechender als Stammzell-Transplantation • Generierung von Haarzellen in grosser Zahl im Reagenzglas, um Medikamente zu testen • Protektive Substanzen gegen Lärm, Gifte etc. • Regeneriernde Substanzen • Indirekte „Stammzelltherapie“ • Hilft, die Anzahl Versuchstiere zu reduzieren

28. Stammzellen zur Herstellung grosser Quantitäten von Haarzellen im Reagenzglas

29. Stammzellen im Innenohr des Menschen (?) Vorstellung der eigenen Forschungstätigkeit

30. Problem • Um Stammzellen finden zu können, muss Innenohrgewebe des Menschen untersucht werden • Die Entfernung von Innenohrgewebe aus dem Innenohr führt obligat zu einem Hörverlust • Innenohrgewebe kann also nur bei destruktiven Ohroperationen gewonnen werden, wo das Gehör geopfert wird (Tumoroperationen) • Diese Operationen sind sehr selten

31. Hypothese Können Innenohren von verstorbenen Spendern zur Gewinnung von Stammzellen genutzt werden?

32. Pilot Studie bei Mäusen • Stammzellen haben bis 10 Tage nach dem Tod im Innenohr überlebt • Die Stammzellen konnten bis zu 5 Tagen nach dem Tod Haarzellen und Nervenzellen generieren • Senn et al., JARO, 2007

33. Ziele des laufenden Forschungsprojekts • Die Existenz von Stammzellen im menschlichen Innenohr zu beweisen • Menschliche Haarzellen und Hörnervenzellen im Reagenzglas herzustellen

34. Das Forschungsprojekt wurde von der ethischen Kommission bewilligt

35. Zellkultur Mechanische Vereinzelung Trypsin 0.125%, 3-7 min Trituration 20 - 30 x Einzelzell-Suspension

36. Vemehrung Differenzierung Sphärenbildung Zelltrennung Zellplatierung Inkubation (37°, 7 Tage) + Wachstumsfaktoren EGF, IGF, FGF, HS Immunocytochemie

37. Resultate

38. Felsenbeine

39. Erfolgreiche Gewinnung von Sphären aus dem Gleichgewichtsorgan von 18 Patienten

40. Preliminäre Schlussfolgerung Stammzellen existieren im menschlichen Innenohr Nachweis für das Gleichgewichtsorgan Corti-Organ? Im Reagenzglas können Haarzellen und Hörnervenzellen hergestellt werden aus Stammzellen

41. Zusammenfassung • Vielfalt der Zellen • Stammzellen können beim Säugetier zu Haarzellen und Hörnervenzellen differenziert werden • Stammzellen existieren wahrscheinlich auch im Innenohr (v.a. Gleichgewichtsorgan) des Menschen und können im Reagenzglas zu Haar- und Nervenzellen differenziert werden • Integration ins hörgeschädigte Tier-Innenohr möglich, aber noch keine Verbesserung des Gehörs beobachtet

42. Schlussfolgerung • Es gibt noch keine Stammzelltherapie für Hörgeschädigte, der Weg zu einer solchen ist noch weit • Es ist möglich, dass eine Stammzelltherapie für Hörschädigung auch nicht funktionieren könnte • Forschung ist zentral und muss intensiviert werden; dazu gründen wir in der Schweiz derzeit eine Stiftung „Swiss Inner Ear Foundation“ (http://innerear.ch) • Patienten mit Hörschädigung sollten nicht auf eine Stammzelltherapie warten, wenn sie jetzt eine Therapie brauchen; Cochlea-Implantate stehen heute zur Verfügung

43. The Heller Lab, Stanford Kazuo Oshima Dawn Teo Veronika Starlinger Stefan Volkenstein Stefan Heller Inner Ear ResearchLaboratory and Laboratory of Neural Repair, Bern Amir Gorguy Mina Angélique Ducray Stefano di Santo Hans-Rudolf Widmer Danksagung

44. HNO-Klinik, Inselspital Bern Christoph Stieger Catherine Reid Markus Huth Rudolf Häusler Marco Caversaccio University Department of Pathology Inselspital Alfred Wüthrich Thomas Schaffner Danksagung

45. supported by grants • Personal grants for young researchers by the SNF 2005 (Boston) and SSMBS 2006 (Stanford) • DKF grants-in-aid, Bern • DKF research price, Bern • MEDEL (from April 1, 2009) • Stiftung für Hörgeschädigte Luzern