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Leben in vitro. Biotechnologie verändert unser Leben. Was ist Biotechnologie?. Biotechnologie kann man heute beschreiben, als den interdisziplinären Ansatz biologische Systeme zu erforschen und die gewonnenen Erkenntnisse praktisch anzuwenden. Chymosin (Labferment).

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    Presentation Transcript
    1. Leben in vitro Biotechnologie verändert unser Leben Dr.Barbara Hansen Fachhochschule Lausitz, Senftenberg

    2. Was ist Biotechnologie? • Biotechnologie kann man heute beschreiben, als den interdisziplinären Ansatz biologische Systeme zu erforschen und die gewonnenen Erkenntnisse praktisch anzuwenden. Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    3. Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    4. Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    5. Chymosin (Labferment) • früher: Isolierung aus Kälbermägen • heute: rekombinante Herstellung in Escherichia coli Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    6. Elektronenmikroskop Lichtmikroskop Lactobacillus Bifidobacterium Was lebt im Joghurt ? Streptococcus

    7. Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    8. Biotechnik in der Medizin • - heute • gentechnisch hergestellte (rekombinante) Arzneimittel • - heute und morgen • zellbasierte Arzneimittel • - die Zukunft • Ersatzteillager Stammzellen ? Aktuelles Thema Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    9. Was sind rekombinante Arzneimittel ? • Werden von lebenden Zellen (Mikroorganismen oder Zellinien) produziert • Die Information für den Wirkstoff (Protein) wurde in Form neukombinierter DNA in die Produktionszellen eingebracht Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    10. Warum rekombinante Arzneimittel? • Bei Nutzung „natürlicher“ Quellen hat man oft ein Mengenproblem • Die Gefahr durch Kontaminationen ist groß • Bei Verwendung tierischer Quellen besteht das Risiko einer Immunreaktion gegen das Arzneimittel Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    11. Rekombinante Arzneimittel • Heute sind in Deutschland etwa 60 Arzneimittel mit 42 gentechnisch hergestellten Wirkstoffen zugelassen • Aktilyse (Thomae) t-PA • Recombinate (Baxter) Faktor-VIII • SAIZEN (Serono) Somatotropin • Erypo (Cilag) Erythropoetin Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    12. Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    13. Was ist Erythropoetin und welche Funktion hat es? • Körpereigenes Hormon • Produktion in der Niere • Stimuliert die Bildung roter Blutkörperchen aus Vorläuferzellen (hämatopoetische Stammzellen) Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    14. Wo wird Erythropoetin in der Therapie eingesetzt? • Bei chronischer Nierenunterfunktion • Bei Krebspatienten • Bei Frühgeborenen • Bei „ Blutarmut“ Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    15. Missbrauch von Erythropoetin • Im Hochleistungssport zu Verbesserung von Ausdauerleistungen z.B. im Radsport • Problem:da es sich um ein körpereigenes Hormon handelt, ist es nicht nachweisbar • Nachweis über Hämatokrit > 50 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    16. Woher bekommt man große Mengen Erythropoetin? Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    17. Wie sieht Erythropoetin aus? • Glycoprotein • 34 kDa • 193 Aminosäuren vor der Sekretion innerhalb der Zellen • 166 Aminosäuren nach der Sekretion außerhalb der Zellen • 27 Aminosäuren Signalsequenz, die abgeschnitten werden Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    18. 163-166 162 -1 -27 1 COOH H2N AS 24 AS 38 AS 83 AS 126 Kohlenhydrat-Seitenkette AS 7  161 AS 29  33 Disulfidbrücke Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    19. Wie gewinnt man Erythropoetin? • Früher aus humanem Urin, für die Behandlung eines Patienten waren pro Jahr 1,6 Mill. Liter Urin notwendig. • Herstellung in Bakterien nicht möglich wegen fehlender postranslationaler Modifikation • Heute großtechnische Produktion in Säugerzellen (CHO) Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    20. Zellbasierte Arzneimittel Heute und morgen • Therapie durch Einsatz von Zellen? Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    21. Zellbasierte Arzneimittel keine gebrauchsfertigen Arzneimittel, die auf Vorrat produziert werden können  Herstellung individuell für den einzelnen Patienten Anwendungsgebiete Gewebe-Regeneration, z.B. Knochen, Knorpel, Haut  Strukturelle Reparatur, z.B. Gefäßtransplantat Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    22. Gelenkknorpel Kreuzband Meniskus Ein Blick ins Knie Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    23. Schäden am Gelenkknorpel Rheumatoide Arthritis Trauma Arthrose Unfall lokal begrenzter Schaden unterschiedlicher Größe, übriges Knorpelgewebe gesund Degenerative Erkrankung gestörtes Gleichgewicht zwischen Abbau und Neusynthese der Matrix „Abnutzung“ des Knorpels (veränderte Oberfläche, verringerte Dicke) Entzündliche Erkrankung chronisch fortschreitend und systemisch Immunzellen spielen eine Rolle Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    24. Eigenschaften von Gelenkknorpel • wenige Zellen • hoher Matrixanteil • Collagen – Fasern • knorpeltypische Makromoleküle mit Wasserspeicher-Kapazität Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    25. Knorpel, Knie, Gefrierschnitt 8 µm, Safranin O-Färbung Matrix Knorpelzelle

    26. Knorpelschäden können nicht von selbst heilen. Knorpel hat keine Fähigkeit zur Regeneration. Knorpelzellen können sich in vivo nicht vermehren. Nur der Abbau von Knorpel kann durch Medikamente verlangsamt werden. Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    27. Knorpel-Zell-Transplantation (ACT = Autologe Chondrocyten Transplantation) • patienteneigenes Gewebe wird entnommen • Knorpelzellen werden isoliert, im Labor vermehrt und anschließend transplantiert • Neubildung von Knorpelgewebe aus den injizierten Zellen im Körper •  bioaktive Kammer Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    28. Knorpel-Zell-Transplantation Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    29. Zellen & Träger zweite Generation der zellbasierten Arzneimittel „in vitro hergestelltes Zell-Matrix-Konstrukt“ Eine Zellsuspension wird in ein 3-dimensionales artifizielles Trägergerüst eingebracht Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    30. 3-dimensionales in vitro Gewebe N E U „Autolog hergestelltes Gewebe“ Struktur & Funktion entsprechend den Vorgaben der Chondrozyten ohne Verwendung von Trägergerüsten dritte Generation der zellbasierten Arzneimittel Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    31. Problem: sehr lange Rehabilitationszeit von 6 Monaten bei ACT mit Zellsuspensionen Forschungsansatz: Der Patient bekommt nicht einzelne Zellen transplantiert, sondern fertiges Knorpelgewebe Sphäroid aus Knorpelzellen Durchmesser 1 mm

    32. Ersatzteillager Stammzellen? morgen Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    33. Was sind Stammzellen und warum sind sie so wichtig? • Was sind die Unterschiede zwischen verschiedenen Stammzellen? • < embryonale/adulte – totipotente/multipotente > • Wie werden Stammzellen gewonnen? • Was sind die potentiellen Anwendungen menschlicher Stammzellen Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    34. Was sind Stammzellen ? Stammzellen  Zellen, die die Fähigkeit besitzen,sich selbst beliebig oft durch Zellteilung zu reproduzieren & die sich zu spezialisierten Zellen entwickeln können Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    35. Warum sind Stammzellen so wichtig? Biologische Bedeutung der Stammzellen   Grundstock zur Entwicklung neuen Lebens (frühe Embryonalentwicklung)  aus diesen Vorläuferzellen entstehen die verschiedensten Gewebe (fötale Entwicklung)  Ersatz von Zellen, deren normale Lebenszeit abgelaufen ist oder die durch Verletzung oder Krankheit verloren gingen (im ausgewachsenen Organismus) Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    36. Warum sind Stammzellen so wichtig? Leukämie Parkinson Herzinfarkt Diabetes Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    37. Embryonale Stammzellen  Adulte Stammzellen  embryonal - adult totipotent befruchtete Eizelle & erste Zellen pluripotent Blastocyste: innere Zellmasse weitere Spezialierung Stammzellen, die in ihrer Differenzierungs-Richtung festgelegt sind multipotent Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    38. Stammzellen Zellentnahme zur Präimplantations-diagnostik (PID) Embryonale Stammzellen AdulteStammzellen xx Nabelschnurblut

    39.  undifferenzierte Zellen in einem Gewebe oder Organ Adulte Stammzellen adulte (somatische) Stammzellen  Proliferation & Differenzierung zu spezialisierten Zelltypen des Gewebes / Organs  adulte Stammzellen sind in sehr vielen Geweben gefunden worden  zur Zeit im Test: eignen sie sich für Tansplantationen? Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    40. Transdifferenzierung / Plastizität Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    41. Adulte Stammzellen Zelltherapie bei Herzinfarkt  Gewebe-Regeneration Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    42.   Gewinnung erfordert die Zerstörung von Embryonen ethisches Problem • Gewinnung teilweise problemlos, teilweise mit Risiken verbunden Stammzellen – eine Gegenüberstellung Stammzellen embryonale adulte  pluripotent  multipotent (pluripotent ?)  teilweise begrenzte Zellmenge, Isolierung und Expansion in Zellkultur noch schwierig  große Zellzahlen problemlos im Labor zu erhalten Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    43.  nur allogen anwendbar Problem der Transplantatabstoßung autologe & allogene Anwendung Stammzellen – eine Gegenüberstellung Stammzellen embryonale adulte  Gefahr der Krebsentstehung  keine Krebsentstehung  Problem: Kontrolle von Proliferation & Differenzierung Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    44.  Grundlagenforschung & klinische Forschung Stammzellen Potentielle Anwendungsmöglichkeiten menschlicher Stammzellen  Informationen über die komplexen Vorgänge während der Embryonalentwicklung  besseres Verständnis der genetischen und molekularen Kontrolle von Zellteilung und Differenzierung (Krebsentstehung) Entwicklung von Zellen und Geweben für zellbasierte Therapien Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    45. Stammzellen aus Nabelschnurblut • Fötale (adulte?) Stammzellen aus dem Blutkreislauf von Neugeborenen • Werden direkt nach der Geburt aus der Nabelschnur entnommen • Einlagerung (20 Jahre) in flüssigem Stickstoff nach Kontaminationskontrolle Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    46. Wo werden die Nabelschnur-stammzellen eingesetzt? • Sie sind pluripotent • Autologe oder allogene Transplantationen • Anwendungsgebiete: Lymphome, Leukämien (zum Teil), Tumoren des Knochen- und Nervensystems, Tissue Engineering (?) Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    47. Der Einsatz von Stammzellen sollte immer verantwortungsbewußt erfolgen! Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    48. Biotechnologie heute ???? Aktuelles Thema Entwicklung eines Impfstoffes gegen den Erreger der Vogelgrippe H5N1 A/Vietnam/1203/2004 (H5N1) Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

    49. Influenza-Virus Typ A oder B H?N? H N

    50. Wirkung von Neuraminidasehemmern wie Tamiflu Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz