Forscher ermitteln entscheidende Marker für die Charakterisierung von embryonalen Stammzellenlinien

Wissenschaftler der International Stem Cell Initiative (ISCI) haben einen Satz von allgemeinen Genexpression-Markern identifiziert, die für die zuverlässige Charakterisierung von Kulturen menschlicher Stammzellen (hESC) genutzt werden können. Die Initiative ist das erste international angelegte Projekt, das einen systematischen und vergleichenden Überblick über die von Forschergruppen aus aller Welt untersuchten hESC-Linien gibt. Die Ergebnisse der bahnbrechenden Studie werden heute in der Juliausgabe von Nature Biotechnology veröffentlicht.

Stammzellen bieten ein großes Potenzial für die Entwicklung neuer Therapien gegen Krebs, Diabetes, Rückenmarksverletzungen und degenerative Erkrankungen des Nervensystems, wie beispielsweise die Parkinson"sche Krankheit. Gut charakterisierte, stabile Zellkulturen, die wie vorhersehbar vermehrt werden können, sind essenziell für erfolgreiche Stammzellenforschung. Doch bisher hatten Wissenschaftler keine verlässlichen Hilfsmittel, um Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Zellkulturen zu verstehen, die für Studienzwecke vorhanden sind.

Diese erste vergleichende Studie hat eine umfangreiche Sammlung von hESC-Linien aus 17 Laboren in den USA, Europa, Israel, Japan und Australien untersucht. Um diese Aufgabe zu meistern, hat die ISCI mit der Technologie von Applied Biosystems gearbeitet. Applied Biosystems ist ein Unternehmen der Applera Corporation und einer der weltweiten Marktführer für die Entwicklung und Vermarktung von Geräten, Reagenzien, Software und Dienstleistungen für Unternehmen und Wissenschaftler der Biotechnologie. Das Forscher-Team der ISCI bediente sich verschiedener Methoden, um einen stabilen Satz an genetischen Markern zu identifizieren, mit deren Hilfe sie die hESCs charakterisierten. Dazu gehörte die Betrachtung von 93 Genen in 59 verschiedenen Zelllinien.

Ein wesentliches Ergebnis dieser ersten Phase des ISCI-Projektes war es, dass alle untersuchten Zellkulturen eine gewisse Anzahl von molekularen Schlüsselsignaturen gemeinsam haben - trotz der unterschiedlichen genetischen Beschaffenheit der Zellen und der verschiedenen Zellkulturtechniken, denen sie ausgesetzt waren. Es wird erwartet, dass diese neu identifizierten molekularen Marker dafür gebraucht werden, um festzustellen, inwiefern einzelne hESC-Kulturen sich zu anderen Zelltypen differenzieren können. Diese Zellen werden auch als pluripotent bezeichnet.

Die ISCI-Wissenschaftler identifizierten sechs Schlüsselmarker sowie 14 zusätzliche Gene, die in allen getesteten Zelllinien mit einem der Schlüsselmarker für Pluripotenz eng korrelieren. Dazu verwendeten sie das 7900HT Fast Real-Time PCR-System und die TaqMan® Arrays von Applied Biosystems. Applied Biosystems arbeitete mit den Forschern der ISCI bei der Auswahl der Assays, der Anwendung der Arrays und der Analyse der Ergebnisse zusammen. Die Arbeiten fanden in dem zentralen analytischen Labor der Universität von Sheffield in Großbritannien statt.

"Diese Ergebnisse sind ein entscheidender erster Schritt, um sicherzustellen, dass zukünftige Fortschritte im Bereich der Stammzellenforschung international abgestimmten Qualitätsstandards folgen", sagt Dr. Paul Gokhale vom Zentrum für Stammzellenforschung an der Universität von Sheffield. "Unser gemeinsames Ziel ist es, die Offenheit und Zuverlässigkeit zu schaffen, damit Wissenschaftler die Arbeiten der anderen zuverlässig reproduzieren und erweitern können."

Als Ergebnis der ISCI-Studie hat Applied Biosystems das TaqMan Array Human Stem Cell Pluripotency Panel entwickelt. Dies umfasst 96 Gene zur unabhängigen Überprüfung von hESC-Kulturen und hilft den Forschern, Zellkulturen verschiedene Herkunft miteinander zu vergleichen. Das Unternehmen teilt mit, ebenfalls ein TaqMan Array für die Pluripotenz der Stammzellen von Mäusen entwickelt zu haben. Dieses Panel beinhaltet Gene von Mäusen, die ortholog zu denen des menschlichen Panels sind. Die neuen TaqMan Arrays sind unter der Website appliedbiosystems.com verfügbar. Dort stehen ebenfalls eine komplette Palette von TaqMan Arrays für Gensignaturen und mehr als 700.000 individuelle TaqMan-Genexpressions-Assays zur Verfügung.

"Stammzellen besitzen ein enormes Potenzial, um die menschliche Gesundheit zu verbessern, und Applied Biosystems ist sehr engagiert, um seine Kunden bei der Forschung in diesem Wachstumsmarkt zu unterstützen", sagt Lars Holmkvist, Präsident von Applied Biosystems Europa. "Es wird erwartet, dass die Ergebnisse dieser ersten Phase des Projektes Wissenschaftlern ein größeres Vertrauen in die biologische Relevanz der Analysedaten geben, die aus Untersuchungen mit diesen Stammzelllinien gewonnen wurden. Und sie werden schließlich zu besseren Behandlungsmethoden für Krankheiten und einem Fortschritt in der regenerativen Medizin führen."

Die für diese Studie verwendeten TaqMan Arrays bestehen aus Microfluidic-Karten. Sie ermöglichen eine parallele Analyse von bis zu acht biologischen Proben mit 12 bis 384 vorgelegten TaqMan Genexpression-Assays, ohne dass Pipettierroboter oder Mehrkanalpipetten nötig sind. Für die Durchführung der Genexpressions-Analyse geben die Forscher einfach cDNA in die TaqMan Arrays. Die Arrays werden dann durch das Applied Biosystems 7900HT Fast Real-Time PCR-System analysiert. Real-Time PCR ist eine Labormethode, die Veränderungen von DNA- und RNA-Mengen in einer Probe misst.

In der nächsten Arbeitsphase der ISCI werden die aktuellen Ergebnisse durch die Untersuchung zusätzlicher hESCs erweitert. So sollen die ersten Resultate des Teams weiter verifiziert werden. Ebenso sollen die Effekte von unterschiedlichen Kulturmedien auf das Wachstum, die Differenzierung und die genetischen Veränderungen von hESC-Zellen getestet werden.

Quelle: Applied Biosystems