Verfahren zur Gewinnung von diploiden, pluripotenten Stammzel- len sowie deren VerwendungProcess for obtaining diploid, pluripotent stem cells and their use
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von diploiden, pluripotenten Stammzellen aus einem Tumor, der kein Keimbahntumor ist, und die Verwendung der so enthaltenen Stammzellen zur therapeutischen Behandlung von Erkrankungen, zur Erzeugung von Ersatzgewebe und Ersatzorganen, sowie zur Bestimmung der Wirkungsweise und Nebenwirkung von Medikamenten in der pharmazeutischen Entwicklung und von Umwelteinflüssen.The invention relates to a method for obtaining diploid, pluripotent stem cells from a tumor which is not a germline tumor, and the use of the stem cells thus contained for the therapeutic treatment of diseases, for the production of replacement tissue and replacement organs, and for the determination of the mode of action and side effect of medicaments in pharmaceutical development and environmental influences.
In frühen Teilungsstadien des Embryo kann aus jeder Zelle ein ganzer Organismus entstehen (Totipotenz) . Diese Fähigkeit geht ab der Unterteilung des Embryo in Embryoblast und Trophoblast verloren. Die Embryoblastzellen werden als pluripotente embryonale Stammzellen bezeichnet und sind in der Lage, in jeden der verschiedenen Körper-Zelltypen zu differenzieren. Da sich aus embryonalen Stammzellen auch Keimzellen entwickeln können, gehören sie zur Keimbahn.In the early stages of division of the embryo, an entire organism can arise from each cell (totipotency). This ability is lost when the embryo is divided into embryoblast and trophoblast. The embryoblast cells are called pluripotent embryonic stem cells and are able to differentiate into each of the different body cell types. Since germ cells can also develop from embryonic stem cells, they belong to the germ line.
Prinzipiell werden die Stammzellen nach ihren Eigenschaften und nach ihrer Herkunft wie folgt unterschieden. Embryonale Stammzellen (ES) haben ihren Ursprung in der inneren Zellmasse des Embryos. Innerhalb dieser Zellmasse ist das Areal für die Urkeimzellen noch nicht determiniert, weshalb der Embryoblast per Definition Teil der Keimbahn ist. Werden solche Urkeimzellen in adulte Tiere transplantiert , so führt dies zur Entwicklung von typischen Teratomen, weshalb diese auch als Keimzell- teratome bezeichnet werden.
Stammzelllinien, die aus Keimzellen hervorgegangen sind (GS, premordial germ cell lines) haben ihren Ursprung in embryonalen Keimzellen. Diese wandern als Urkeimzellen aus dem Dottersack in die Gonadenanlage ein. Dies geschieht in der 3. und 4. Woche der menschlichen Embryonalentwicklung. Sobald diese die Gonadenanlage erreicht haben, treten sie in eine Proliferati- onsphase ein. Dabei wird die mitotische Aktivität zu einem späteren Zeitpunkt durch geschlechtsspezifische Hemmfaktoren aus den Follikelepithelzellen des Ovars oder den Stützzellen des Hodens unterbrochen.In principle, the stem cells are differentiated according to their properties and their origin as follows. Embryonic stem cells (ES) have their origin in the inner cell mass of the embryo. The area for the primordial germ cells is not yet determined within this cell mass, which is why the embryoblast is by definition part of the germ line. If such primordial germ cells are transplanted into adult animals, this leads to the development of typical teratoms, which is why they are also referred to as germ cell teratoms. Stem cell lines that have emerged from germ cells (GS, premordial germ cell lines) have their origin in embryonic germ cells. These migrate as primary germ cells from the yolk sac into the gonadal system. This happens in the 3rd and 4th week of human embryonic development. As soon as they have reached the gonadal system, they enter a proliferation phase. Mitotic activity is interrupted at a later point in time by gender-specific inhibitory factors from the follicular epithelial cells of the ovary or the supporting cells of the testes.
Darüber hinaus können sich Urkeimzellen auf dem Weg zur Entwicklung ruhender Oorgonien und Spermatogonien weiter mito- tisch teilen, wobei durch Differenzierung dieser Zellhaufen gutartige Terato e oder bösartige Teratokarzinome gebildet werden, aus denen pluripotente Stammzelllinien isoliert werden können. Auf diese Weise wurde beispielsweise die menschliche Stammzelllinie Terra II aus der Lungenmetastase eines menschlichen Seminoms isoliert (Andrews in APMIS 106, 158-168, 1998) .In addition, primordial germ cells can continue to share mitotically on the way to the development of dormant orgates and spermatogonia, whereby benign teratos or malignant teratocarcinomas are formed by differentiating these cell clusters, from which pluripotent stem cell lines can be isolated. In this way, for example, the human stem cell line Terra II was isolated from the lung metastasis of a human seminoma (Andrews in APMIS 106, 158-168, 1998).
Schließlich lassen sich auch aus experimentell induzierten Te- ratomen Stammzelllinen (TC) gewinnen. Dabei werden die Teratome durch Injektion von embryonalen Stammzellen aus der inneren Zellmasse der Blastozyste in einen Empfänger- oder Experimen- taltier erzeugt. Auch derartige Teratomzellen gehen aus der Keimbahn hervor und gehören daher zu den Keimbahntumoren. In Einzelfällen sind sie jedoch auch aus einem Teratocarcinom des Hodens zu isolieren, das sich aus einer Sper atogonie entwik- kelt hat.Finally, stem cell lines (TC) can also be obtained from experimentally induced tere- toms. The teratomas are created by injecting embryonic stem cells from the inner cell mass of the blastocyst into a recipient or experimental animal. Teratoma cells of this type also emerge from the germline and therefore belong to the germline tumors. In individual cases, however, they can also be isolated from a testicular teratocarcinoma that has developed from spermatogonia.
Des weiteren lassen sich adulte Stammzellen, z. B. aus dem Knochenmark als mesenchymale Stammzellen (MAPC, multipotent adult progenitor cells) gewinnen, wobei eine Zellsuspension des Knochenmarks eines adulten Spenders mittels sogenannter
FACS (fluorescence-activated cell sorter) isoliert wird. Schließlich lassen sich auch noch neuronale adulte Stammzellen (NAS) aus der Matrixzone des Dienzephalons adulter Spender gewinnen.Furthermore, adult stem cells, e.g. B. from the bone marrow as mesenchymal stem cells (MAPC, multipotent adult progenitor cells), with a cell suspension of the bone marrow of an adult donor using so-called FACS (fluorescence-activated cell sorter) is isolated. Finally, neural adult stem cells (NAS) can also be obtained from the matrix zone of the diencephalon of adult donors.
Es sind bereits eine Vielzahl von Versuchen unternommen worden, mit derartigen Zellen Erkrankungen zu therapieren, wie z. B. der Ersatz von zugrundegegangenem Nervengewebe, beispielsweise nach einem Gehirnschlag oder einer Querschnittslähmung oder auch der Ersatz von Nervenzellen bei Parkinson oder Muskelzellen nach einem Herzinfarkt.A large number of attempts have already been made to treat diseases with such cells, such as, for. B. the replacement of dead nerve tissue, for example after a stroke or paraplegia or the replacement of nerve cells in Parkinson's or muscle cells after a heart attack.
Die Gewinnung der zuvor beschriebenen Stammzellen wurde bislang im Wesentlichen in Tierexperimenten durchgeführt. Eine Übertragung von tierischen Zellen auf den Menschen ist jedoch zur Zeit problematisch und humane Zelllinien können zur Zeit nur aus nach dem Embryonenschutzgesetz problematischen ES- Zelllinien aus menschlichen Blastozysten gewonnen werden.The stem cells described above have so far been obtained essentially in animal experiments. However, transmission of animal cells to humans is currently problematic and human cell lines can currently only be obtained from ES blastocysts which are problematic according to the Embryo Protection Act.
Als Quelle für derartige Zellen dienen bislang üblicherweise nicht transplantierte, befruchtete Eizellen, die in der in-vi- tro-Fertilisation übrig geblieben sind oder auch die Nabelschnur sowie Föten von Schwangerschaftsabbrüchen. Eine weitere Quelle zu ihrer Gewinnung sind Keimbahntumore wie die bereits zuvor erwähnten Teratome . Derartige Teratome, insbesondere Te- ratome des Ovariums und der Testis, entstehen nicht nur spontan, sondern sind unter anderem im Tiermodell als embryonale Carcinoma oder Teratocarcinoma induzierbar. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Zellen aneuploid sind, d.h. dass in diesen Zellen einzelne Chromosome nicht in der normalen Anzahl vorhanden sind.Up to now, the source of such cells has usually not been transplanted, fertilized egg cells that are left in the in vitro fertilization or the umbilical cord and fetuses of abortions. Another source for their extraction are germline tumors such as the teratoms already mentioned. Teratomas of this type, in particular teratoms of the ovary and testis, do not only arise spontaneously, but can also be induced in the animal model as embryonic carcinomas or teratocarcinomas. However, such cells have been shown to be aneuploid, i.e. that individual chromosomes are not present in the normal number in these cells.
Teratome enthaltene Gewebe aus den drei Keimblättern Ectoderm, Mesoderm und Endoderm. Derartige Keimzellteratome sind Geschwülste, die aus weiblichen (Ovarialteratome) oder aus mann-
liehen Keimzellen (Hodenteratome) oder auch an einer anderen Stelle aus Urkeimzellen entstehen, die sich während der Embryonalentwicklung nicht an dem richtigen Platz befinden. Normalerweise enthalten Teratome Gewebe aus den drei Keimblättern, das bereits mehr oder weniger ausdifferenziert ist. So wird beispielsweise die Entwicklung von Zähnen und Knochen beschrieben, die bereits im Röntgenbild sichtbar sind. Teratome zeigen außerdem eine Neigung zu entarten, also in ein malignes Wachstum überzugehen. Ein derartig entarteter Tumor wird als Teratocarcinom bezeichnet. Teratome entstehen jedoch nicht nur in den Ovarien oder Hoden, sondern auch am Steißbein. Wegen seiner charakteristischen Lokalisation als Anlagerung am Steißbein wird diese Art als Steißbeinteratom bezeichnet.Teratome contains tissue from the three cotyledons Ectoderm, Mesoderm and Endoderm. Germ cell teratomas of this type are tumors that consist of female (ovarian teratoms) or male germ cells (testicular atoms) or in another place from primordial germ cells that are not in the right place during embryonic development. Teratomas normally contain tissue from the three cotyledons that is already more or less differentiated. For example, the development of teeth and bones that are already visible in the X-ray image is described. Teratoms also show a tendency to degenerate, that is, to transition to malignant growth. Such a degenerate tumor is called teratocarcinoma. However, teratomas do not only develop in the ovaries or testicles, but also on the tailbone. Because of its characteristic localization as an attachment to the coccyx, this species is called the coccyx teratom.
Die Gewinnung von Stammzellen, aus Teratomen ist an sich bekannt. So wird z. B. von G. R. Martin PNAS (1981), Vol. 78, Nr. 12, Seiten 7634-7638 beschrieben auf welche Weise sich durch Injektion von embryonalen Mauszelllinien in Mäusen Teratocarcinoma und Teratome entwickeln, aus denen sich wiederum pluripotente embryonale Stammzellen entwickeln lassen. Derartige Zellen leiten sich jedoch ebenfalls von der Keimbahn ab und zeigen außerdem, wie in dieser Druckschrift festgestellt wird, alle wesentlichen Eigenschaften von Carcinomzellen.The extraction of stem cells from teratoms is known per se. So z. B. by G. R. Martin PNAS (1981), Vol. 78, No. 12, pages 7634-7638 describes the manner in which teratocarcinomas and teratomas develop by injection of mouse embryonic cell lines in mice, from which in turn pluripotent embryonic stem cells can be developed. However, such cells are also derived from the germline and, as is stated in this document, also show all the essential properties of carcinoma cells.
P. W. Andrews beschreibt in APNIS 106:158-168 (1998) das Auftreten von pluripotenten humanen embryonalen Stammzelllinien in Teratocarcinoma. Dabei handelt es sich jedoch, wie ausdrücklich festgehalten wird, ebenfalls um Tumore aus Keimbahnzellen (GCT Germ Cell Tumors) .P. W. Andrews describes in APNIS 106: 158-168 (1998) the occurrence of pluripotent human embryonic stem cell lines in teratocarcinoma. However, as is expressly stated, these are also tumors from germline cells (GCT Germ Cell Tumors).
In der WO 01/59076 wird der prä- und postmeiotische Ursprung von Teratomen beschrieben. Dabei werden die Teratome ebenfalls als chromosomal polymorph beschrieben. Als Auslöser einer Te- ratomentwicklung wird dabei die Fusion zweier reifer Oozyten
oder Spermatozyten oder die Verhinderung der zweiten meioti- schen Teilung als Ursache angesehen.WO 01/59076 describes the pre- and post-meiotic origin of teratoms. The teratoms are also described as chromosomally polymorphic. The fusion of two mature oocytes acts as a trigger for the development of the atoms or spermatocytes or the prevention of the second meiotic division as the cause.
Die Entwicklung von Gewebe aus embryonalen Stammzellen sowie aus pluripotenten Zellen, die sich von Keimbahnzellen ableiten, sind jedoch aufgrund des besonderen Schutzes der Embryonen ethisch sehr umstritten und aus diesem Grund in vielen Ländern zumindest derzeit verboten.However, the development of tissue from embryonic stem cells as well as from pluripotent cells that are derived from germline cells are ethically controversial due to the special protection of embryos and for this reason at least currently prohibited in many countries.
Die Erfindung hat daher zum Ziel eine Quelle für Zellen, insbesondere Stammzellen, bereitzustellen, die ihre Eigenschaft zur Ausdifferenzierung in bestimmte Organe noch nicht vollständig verloren haben, d. h. pluripotent sind und die die zuvor genannten Probleme, insbesondere ethischen und rechtlichen Probleme, nicht aufweisen und sich nicht von der Keimbahn ableiten.The aim of the invention is therefore to provide a source for cells, in particular stem cells, which have not yet completely lost their ability to differentiate into certain organs, i. H. are pluripotent and do not have the aforementioned problems, especially ethical and legal problems, and do not derive from the germline.
Dieses Ziel wird durch das in den Ansprüchen definierte Verfahren erreicht.This goal is achieved by the method defined in the claims.
Es wurde nämlich überraschenderweise gefunden, dass das Steiß- beinteratom kein Teratom darstellt, welches sich aus Teilen der Keimbahn entwickelt. Darüber hinaus wurde überraschenderweise gefunden, dass - obwohl das Steißbeinteratom sehr stark ausdifferenziert ist und im Wesentlichen alle verschiedenen Gewebstypen enthält - es neben bereits ausdifferenziertem Gewebe und malignen Strukturen auch in einem Bereich von undifferenzierten embryonalen Blastem-Bezirken ein nicht bösartiges Gewebe enthält, in dem eine Vielzahl von pluripotenten Stammzellen vorliegen, die sich auf an sich bekannte Weise isolieren lassen. Möglichkeiten hierfür sind u. a. FACS mit Magnetic beads ; Zellkultur und selektive Anzüchtung von Stammzellen durch bestimmte Zellkulturmedien (wie bei adulten neuronalen Stammzellen aus der SVZ) ; die Zerkleinerung des Gewebes mit einem Tissue Chopper und die darauffolgende Markie-
rung und Färbung von Stammzellen mit selektiven (Vital-) Farbstoffen.Surprisingly, it has been found that the coccyx is not a teratoma that develops from parts of the germline. In addition, it was surprisingly found that - although the coccyx teratom is very strongly differentiated and essentially contains all different types of tissue - in addition to already differentiated tissue and malignant structures, it also contains a non-malignant tissue in one area of undifferentiated embryonic blastem areas, in which one A large number of pluripotent stem cells are present which can be isolated in a manner known per se. Options for this include FACS with magnetic beads; Cell culture and selective cultivation of stem cells by certain cell culture media (as with adult neuronal stem cells from the SVZ); the shredding of the tissue with a tissue chopper and the subsequent marking staining and staining of stem cells with selective (vital) dyes.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise Wirbelsäulen-nahes Tumorgewebe zur Isolierung der gewünschten Stammzellen verwendet. Ebenso denkbar wäre die Verwendung von Blastemzellen aus dem Zentrum des Tumors, die sich nicht unbedingt in unmittelbarer Nachbarschaft zum Steißbein befinden. Besonders bevorzugt wird dasjenige Gewebe verwendet, welches das Steißbein umschließt, insbesondere auch das Bein selbst enthält. Derartige Gewebe weisen etwa die Größe einer Mandarine auf. Vom Operationsort bis zur Aufbereitung des Tumors können die Gewebe bei 4°C unter Kühlung ohne Weiteres bis ca. 6 Stunden lang gelagert werden. Vorzugsweise wird das Gewebe mittels einer üblichen Nährlösung gelagert. Hierfür eignet sich besonders steriles HBSS, das auch bei der Gewinnung adulter SVZ-Zellen Verwendung findet. Zur Aufbereitung wird es mittels einem scharfen Messer, wie beispielsweise einem Skalpell, vorsichtig zerlegt und Gewebebereiche werden vorzugsweise unter einem Mikroskop visuell entsprechend ihrer Differenzierung voneinander separiert. Alternativ dazu kann man von exakt definierten Gewebeteilen einen Schnellschnitt herstellen und eine Seite des Schnittes dann färben, während man die andere Seite isoliert und in Kultur bringt, wie oben beschrieben. Das Zielgewebe besitzt eine typische Morphologie, die jener eines embryonalen Blastemgewe- bes entspricht. Unter den so erhaltenen Gewebsteilen werden vorzugsweise diejenigen weiter bearbeitet, deren Strukturen noch weitgehend undifferenziert sind. Diese darin enthaltenen Zellen werden dann mittels an sich bekannter Verfahren aus ihrem Zellverband gelöst. Eine derartige Desintegration von Zellgewebe ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise mittels einem oder mehreren Enzymen durchführbar. Übliche hierzu verwendete Enzyme sind beispielsweise Kollagenase, Hyaluronidase, Pancreatin und Streptokinase .
Aus den so erhaltenen Zellen wird vorzugsweise eine Zellsuspension hergestellt. Die in Suspension vorliegenden Zellen lassen sich dann mittels ebenfalls an sich bekannter Verfahren an einem Zellsorter, wie beispielsweise FACS oder mittels Ma- gnetic beads anhand ihrer charakteristischen Oberflächenmarker selektiv abtrennen. Die Oberflächenmarker sind für die einzelnen Stammzellen bekannt und sind beispielsweise CEP-68 (chon- drocyte expressed protein 68) für KnorpelStammzellen (E. Steck et al . ; Biochemical Journal, Jan. 2001, 169-174), Nestin für neuronale Stammzellen (H. Zulewski et al . ; Diabetis, März 2001, 521-533) , SSEA-1 (stage specific embryonic antigen-3) , SSEA-3 und SSEA-4 für pluripotente Stammzellen (S.A. Przybor- ski; Stem-Cells, 2001, 19(6):500-4, CD34 für hämatopoetische Stammzellen (H. Klaasen et al . ; Neuroscience Letters, 26. Okt. 2001, 312 (3) :180-2) , p63 für Keratinozyten und Stammzellen (G. Pellegrini et al . ; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 13. März 2001, 98 (6) :3156-61) , AC133 für hämatopoetische Stammzellen (M. Pei- chev et al . ; Blood, 1. Feb . 2001, 95(3):952-8, Betal Integrin für Stammzellen (U.B. Jensen et al . ; Development, Juni 1999, 126 (11) :2409-18, AA4 für Stammzellen (vascular endothelial cells, aorta-associated hematopoietic clusters, primitive fetal liver hematopoietic progenitors) (0. Petrenko et al . ; Im- munity, Juni 1999, 10 (6) : 691-700 , AP (alkaline phosphatase) für Stammzellen (S. Nagafuchi et al . ; FEBS-Letters, 16. Juli 1999, 455 (1-2) :101-4, FGF-4 für Stammzellen (M.A. Lane et al . ; Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 9. Nov. 1999, 96 (23) :13524-9, Thy-1 für hämatopoetische Stammzellen (B.E. Petersen et al . ; Hepatology, Feb. 1998, 27(2) :433- 45, TIE, TEK für hämatopoetische Stammzellen (M. Yano et al . ; Blood, 15. Juni 1997, 89 (12) :4317-26 , OC .3 (oval cell anti- gen.3) für Gallengang-, Leberstammzellen (S.H. Sigal et al . ; Hepatology, April 1994, 19 (4) : 999-1006 , CK 8 mRNA (Cytokeratin 8 mRNA) für Prostatastammzellen (X. Wang et al . ; Chinese Medi- cal Sciences Journal, Dez. 1994, 9(4):237-41, Bcl-2 für Haut-
Stammzellen (R.R. Polakowska et al . ; Developmental Dynamics, März 1994, 199 (3) : 176-88, PSCA (Prostata Stem Cell Antigen) für Prostatastammzellen (Tetsuro Watabe et al . ; Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, 8. Jan. 2002, 99(1) : 401-6. Mittels diesen Zellmarkern und dagegen gerichteten Antikörpern ist es ohne Weiteres möglich die jeweilige Zelle selektiv aus einer Mischung, wie einer Suspension mit anderen Zellen, zu isolieren. Zwar wird vorzugsweise eine derartige Isolierung mittels Antikörpern durchgeführt, jedoch ist es ebenfalls möglich die Isolierung durch andere spezifische Oberflächenmarker und damit bindefähigen immobilisierten Rezeptoren durchzuführen.According to the invention, tumor tissue close to the spine is preferably used to isolate the desired stem cells. It would also be conceivable to use blastema cells from the center of the tumor that are not necessarily in the immediate vicinity of the coccyx. The tissue which encloses the coccyx, in particular also contains the leg itself, is particularly preferably used. Such fabrics are about the size of a tangerine. From the surgical site to the preparation of the tumor, the tissues can be stored at 4 ° C with cooling for up to 6 hours. The tissue is preferably stored using a conventional nutrient solution. Sterile HBSS is particularly suitable for this, which is also used for the extraction of adult SVZ cells. For preparation, it is carefully disassembled using a sharp knife, such as a scalpel, and tissue areas are preferably visually separated from one another under a microscope according to their differentiation. Alternatively, you can make a quick cut from precisely defined tissue pieces and then stain one side of the cut while isolating and cultureing the other side as described above. The target tissue has a typical morphology that corresponds to that of an embryonic blastema tissue. Among the tissue parts thus obtained, those whose structures are still largely undifferentiated are preferably processed further. The cells contained therein are then released from their cell structure using methods known per se. Such disintegration of cell tissue is known to the person skilled in the art and can be carried out, for example, using one or more enzymes. Common enzymes used for this purpose are, for example, collagenase, hyaluronidase, pancreatin and streptokinase. A cell suspension is preferably produced from the cells thus obtained. The cells in suspension can then be selectively separated using a cell sorter, such as FACS, or magnetic beads using their characteristic surface markers. The surface markers are known for the individual stem cells and are, for example, CEP-68 (chondrocyte expressed protein 68) for cartilage stem cells (E. Steck et al.; Biochemical Journal, Jan. 2001, 169-174), Nestin for neuronal stem cells (H Zulewski et al.; Diabetis, March 2001, 521-533), SSEA-1 (stage specific embryonic antigen-3), SSEA-3 and SSEA-4 for pluripotent stem cells (SA Przyborski; Stem-Cells, 2001, 19 (6): 500-4, CD34 for hematopoietic stem cells (H. Klaasen et al.; Neuroscience Letters, Oct. 26, 2001, 312 (3): 180-2), p63 for keratinocytes and stem cells (G. Pellegrini et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, March 13, 2001, 98 (6): 3156-61), AC133 for hematopoietic stem cells (M. Peichev et al.; Blood, 1. Feb. 2001, 95 (3): 952-8, Betal Integrin for stem cells (UB Jensen et al.; Development, June 1999, 126 (11): 2409-18, AA4 for stem cells (vascular endothelial cells, aorta -associated hematopoietic clusters, primitive fetal liver hematopoietic progenitors) (0. Petrenko et al. ; Immunity, June 1999, 10 (6): 691-700, AP (alkaline phosphatase) for stem cells (S. Nagafuchi et al.; FEBS-Letters, July 16, 1999, 455 (1-2): 101-4 , FGF-4 for stem cells (MA Lane et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Nov. 9, 1999, 96 (23): 13524-9, Thy-1 for hematopoietic stem cells (BE Petersen et al .; Hepatology, Feb. 1998, 27 (2): 433-45, TIE, TEK for hematopoietic stem cells (M. Yano et al.; Blood, June 15, 1997, 89 (12): 4317-26, OC .3 (oval cell antigen.3) for bile duct, liver stem cells (SH Sigal et al.; Hepatology, April 1994, 19 (4): 999-1006, CK 8 mRNA (cytokeratin 8 mRNA) for prostate stem cells (X. Wang et al.; Chinese Medical Sciences Journal, Dec. 1994, 9 (4): 237-41, Bcl-2 for skin Stem cells (RR Polakowska et al.; Developmental Dynamics, March 1994, 199 (3): 176-88, PSCA (Prostate Stem Cell Antigen) for prostate stem cells (Tetsuro Watabe et al.; Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, Jan 8, 2002, 99 (1): 401-6. By means of these cell markers and antibodies directed against them, it is readily possible to selectively isolate the respective cell from a mixture, such as a suspension with other cells Isolation carried out by means of antibodies, but it is also possible to carry out the isolation using other specific surface markers and thus immobilized receptors capable of binding.
Exakte histologische Untersuchungen im Rahmen der Erfindung haben nämlich gezeigt, dass sich aus Colonkrypten, die auch in Steißbeinteratomen oft enthalten sind, verschiedenste Gewebe entwickeln, wie z. B. Haare, Epithelien, Pankreas mit Inselzellen, usw. Daher sind diese Colon-Strukturen auch Ziel einer selektiven Zellisolierung und Zellkultivierung.Exact histological examinations within the scope of the invention have shown that a wide variety of tissues develop from colon crypts, which are often also found in coccyx teratoms, such as B. hair, epithelia, pancreas with islet cells, etc. Therefore, these colon structures are also the target of selective cell isolation and cell cultivation.
Erfindungsgemäß lassen sich aus den Steißbeinteratomen Vorläufer- bzw. Progenitorzellen von Leber, Pankreas und Langerhan- sschen Inselzellen, von neuronalem Gewebe, von serösen sowie mucösen Drüsen, z.B. zur Gewinnung von zentroazinösen Zellen des exokrinen Pankreas oder auch Talgdrüsen mit Haaranlagen von den verschiedensten Epithelarten, wie kubischem Epithel, transitionalem bzw. Übergangsepithel, aus welchem sich ableitende Harnwege gewinnen lassen oder auch mehrschichtig verhorntes sowie unverhorntes Plattenepithel, welches der Gewinnung von VaginalSchleimhaut dient, aber auch sekretorisches Epithel, Flimmerepithel, mehrreihiges Flimmerepithel zur Herstellung von respiratorischem Epithel, Knochen- und Knochenmarkvorläuferzellen sowie skeletale als auch tracheale Knorpelzellen und Vorläuferzellen von glatter und quergestreifter Muskulatur, hochprismatisches Schleimepithel zur Herstellung
der Kolonschleimhaut isolieren. Ebenso sind die Vorläuferzellen von dopaminergen Neuronen aus den erfindungsgemäß isolierten Stammzellen zu isolieren bzw. lassen sich zu diesen weiter ausdifferenzieren. Die derart erhaltenen Zellen lassen sich beispielsweise auf entsprechenden Feederzellen kultivieren. Derartige Kultivierungsverfahren sind vielfältig und sind dem Fachmann bekannt. Prinzipiell sind die erfindungsgemäß gewonnenen Zellen auch ohne Feederzellen kultivierbar.According to the invention, precursor or progenitor cells of the liver, pancreas and Langerhan islet cells, of neuronal tissue, of serous and mucous glands can be made from the coccyx teratoms, for example for the extraction of centroazinous cells of the exocrine pancreas or also sebaceous glands with hair attachments of the most varied types of epithelium, such as cubic epithelium, transitional or transitional epithelium, from which derivable urinary tract can be obtained, or also multi-layered, cornified and unhorned squamous epithelium, which is used for the extraction of vaginal mucosa, but also secretory epithelium, ciliated epithelium, multi-row ciliated epithelium for the production of respiratory and bone marrow epithelium as well as skeletal and tracheal cartilage cells and progenitor cells of smooth and striated muscles, high prismatic mucous epithelium for production isolate the colon mucosa. Likewise, the precursor cells of dopaminergic neurons are to be isolated from the stem cells isolated according to the invention or can be further differentiated from these. The cells obtained in this way can be cultivated, for example, on corresponding feeder cells. Cultivation methods of this type are diverse and are known to the person skilled in the art. In principle, the cells obtained according to the invention can also be cultivated without feeder cells.
Prinzipiell ist es auch möglich derartige Zellen tiefgekühlt zu konservieren. Auch derartige tiefgekühlte Konservierungen sind dem Fachmann bestens bekannt und benötigen keiner weiteren Erläuterung. In einzelnen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, besondere Nährmedien zu verwenden. Derartige Medien sind vom Fachmann anhand einfacher Versuche zu ermitteln.In principle, it is also possible to preserve such cells frozen. Such frozen preservations are also well known to the person skilled in the art and require no further explanation. In individual cases, it has proven to be useful to use special nutrient media. Such media can be determined by a person skilled in the art on the basis of simple experiments.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen pluripotenten Stammzellen sind insbesondere für die Gewinnung von Ersatzgewebe und Ersatzorganen geeignet. Es sind beispielsweise aus Zellen mit dem Marker CEP 68 KnorpelStammzellen und damit skeletale und tracheale Knorpelzellen und Gewebe herstellbar; aus Nestin-positiven Zellen sind neurale Stammzellen sowie Nervengewebe aller Art, insbesondere dopaminerge Nervenzellen sowie anderes Nervengewebe des Gehirns und motorische sowie sensorische Nerven herstellbar. Aus Zellen mit den Ober- flächenmarkern CD 34, Thy-1, TIE, TEK sind hämatopoetische Stammzellen und damit Zellen des blutbildenden Systems herstellbar, aus Zellen mit dem Marker AA4 sind insbesondere en- dotheliale Zellen, Aorta-assoziierte hämatopoetische Blasto- zellen, hämatopoetische primitive fötale Leberprogenitorzellen und daraus gebildetes Gewebe herstellbar, aus OC.3 -Markerpositiven Stammzellen sind Gallengang- und Leberzellen herstellbar und aus Bei -2 -markierten Zellen lassen sich Hautstammzellen und entsprechendes Hautgewebe gewinnen. PSCA und CKδmRNA-positive Zellen sind Vorläuferzellen der Prostata. Weitere generelle übergeordnete Marker für Stammzellen sind AP
und FGF-4 sowie für pluripotente Stammzellen die entsprechenden stufenspezifischen embryonalen Antigene 1, 3 und 4 (SSEA- 1, SSEA-3 und SSEA-4) . Die Erfindung betrifft daher auch die Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Zellen zur Erzeugung von Organen und Körperteilen, wie Blutzellen, insbesondere Erythrozyten, insbesondere Leukozyten, Lymphozyten, Thrombozyten, etc., Blut- und Lymphgefäße, wie z.B. Arterien und Venen, Leber sowie extrakorporale Leberer- satzvorrichtungen, Nieren sowie künstliche extrakorporale Nie- renzellen-enthaltende Dialysevorrichtungen, Muskelgewebe, insbesondere Herzmuskel sowie motorische Muskulatur, haarbildendes Gewebe, dopaminerge Neuronen, insbesondere zur Therapie der Parkinsonkrankheit, Langerhans ' sehe Zellen zur Behandlung von Diabetes, Darmwände speziell des Kolons, Pankreas und Galle sowie Gallengänge, Vagina, Knochen, Knochenmark, Nervengewebe, Lungen- und Bronchial-/Trachealgewebe, Oesophagus, Haut sowie Knorpel, insbesondere Gelenkknorpel, Prostata-, Testis- und Ovarialgewebe . Erfindungsgemäß wurde auch gefunden, dass solche Stammzellen auch aus gesundem wirbelsäulennahen Gewebe, insbesondere des Steißbeins isolierbar sind.The pluripotent stem cells obtained with the method according to the invention are particularly suitable for the production of replacement tissues and replacement organs. For example, stem cells and thus skeletal and tracheal cartilage cells and tissue can be produced from cells with the marker CEP 68; Nestin-positive cells can be used to produce neural stem cells and all kinds of nerve tissue, in particular dopaminergic nerve cells as well as other nerve tissue in the brain and motor and sensory nerves. Cells with the surface markers CD 34, Thy-1, TIE, TEK can be used to produce hematopoietic stem cells and thus cells of the hematopoietic system. Cells with the AA4 marker can be used in particular to make endothelial cells, aortic-associated hematopoietic blastocells, hematopoietic primitive fetal liver progenitor cells and the tissue formed therefrom can be produced, bile duct and liver cells can be produced from OC.3 marker-positive stem cells and skin stem cells and corresponding skin tissue can be obtained from -2 -labeled cells. PSCA and CKδmRNA positive cells are progenitor cells of the prostate. Other general superordinate markers for stem cells are AP and FGF-4 and, for pluripotent stem cells, the corresponding stage-specific embryonic antigens 1, 3 and 4 (SSEA-1, SSEA-3 and SSEA-4). The invention therefore also relates to the use of the cells obtained by the method according to the invention for the production of organs and parts of the body, such as blood cells, in particular erythrocytes, in particular leukocytes, lymphocytes, thrombocytes, etc., blood and lymphatic vessels, such as, for example, arteries and veins, liver and extracorporeal liver replacement devices, kidneys and artificial extracorporeal kidney cell-containing dialysis devices, muscle tissue, in particular cardiac muscle and motor muscles, hair-forming tissue, dopaminergic neurons, in particular for the therapy of Parkinson's disease, Langerhans see cells for the treatment of diabetes, intestinal walls, especially the colon, Pancreas and bile as well as bile ducts, vagina, bone, bone marrow, nerve tissue, lung and bronchial / tracheal tissue, esophagus, skin and cartilage, in particular articular, prostate, testis and ovarian tissue. According to the invention, it was also found that such stem cells can also be isolated from healthy tissue close to the spine, in particular the coccyx.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Zellen sind jedoch auch besonders geeignet um den Einfluss neuer Medikamente sowie von Umweltgiften und Umweltbedingungen auf die Embryonalentwicklung zu untersuchen. Auf diese Weise ist es möglich auf eine Vielzahl von Tierversuchen zu verzichten. Darüber hinaus sind Aussagen an menschlichen Zellen häufig aussagekräftiger als Ergebnisse, die an Tieren gewonnen werden.
However, the cells obtained according to the invention are also particularly suitable for examining the influence of new medications and of environmental toxins and environmental conditions on embryonic development. In this way it is possible to do without a large number of animal experiments. In addition, statements made on human cells are often more meaningful than results obtained on animals.