Preclinical development of an autologous stem-cell based gene therapy for the treatment of malignant brain tumors

• Applicants: Dr. Franz-Josef Müller; Professor Dr. Nils Ole Schmidt
• Subject Area: Molecular and Cellular Neurology and Neuropathology ; Clinical Neurology; Neurosurgery and Neuroradiology
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 253853162

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

In dem Projekt wurden gemäß Projektplan humane induzierte pluripotente Stammzelllinien von Kontrollfibroblasten sowie Patienten, die an einem Glioblastoma multiforme operiert wurden, erzeugt. Die Zelllinien wurden weiter charakterisiert und in neurale Stammzellen differenziert. Dieser wiederum zeigten in vitro als auch in vivo einen ausgeprägten Tumortropismus. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass die neuralen Stammzellen für die in vivo Tumortherapie geeignet Gentherapievektoren aufnehmen und Prodrug-konvertierende Enzymsystem exprimieren können. Die Effektivität dieses kombinierten zellulären Gentherapiesystems war jedoch tierexperimentell in vivo nicht überzeugend. Die zentrale Schwierigkeit lag darin, die neuralen Stammzellen erfolgreich mit den Gentherapievektoren zu transfizieren und in ausreichender Menge für die durchgeführten Tierversuche herzustellen. Auf bioinformatischer Ebene konnten gesamt-genomische Assays zur Qualitätskontrolle von Stammzellen - PluriTest, NeuroTest - (weiter-)entwickelt werden. Problematisch war, dass die ursprüngliche geplante Datenerhebung mittels der gut validierten Illumina Microarray Technologie in der Projektlaufzeit wegen der Einstellung der Microarrayplattform unmöglich wurde. Es konnte als Alternative die neuartige direct-RNA-seq Methode mittels Nanoporesequenzierung angewandt und in ersten Machbarkeitsstudien etabliert werden. Die für RNA-seq etablierte NeuroTest Methode ist für die klinische Umsetzung von neuralen Stammzelltransplantationen interessant, aktuell wird dahingehend eine Patentanmeldung geprüft.

Publications

• (2019) Preclinical analysis of human mesenchymal stem cells: tumor tropism and therapeutic efficiency of local HSV-TK suicide gene therapy in glioblastoma. Oncotarget 10 (58) 6049–6061
  Dührsen, Lasse; Hartfuß, Sophie; Hirsch, Daniela; Geiger, Sabine; Maire, Cecile L.; Sedlacik, Jan; Guenther, Christine; Westphal, Manfred; Lamszus, Katrin; Hermann, Felix G.; Schmidt, Nils Ole
  
• Principal components analysis and the reported low intrinsic dimensionality of gene expression microarray data. Sci Rep. 2016 Jun 2;6:25696
  Lenz M, Müller F-J, Zenke M, Schuppert A
  
• (2017) Local HSV-TK suicide gene therapy in the orthotopic U87 glioblastoma model using human bone-marrow derived mesenchymal stem cells. 68. Jahrestagung der DGNC, Magdeburg (GMS)
  Dührsen L, Montag S, Zapf S, Hirsch D, Sedlacik J, Westphal M, Hermann F, Schmidt NO
  
• An Organoid-Based Model of Cortical Development Identifies Non-Cell-Autonomous Defects in Wnt Signaling Contributing to Miller-Dieker Syndrome. Cell Reports. 2017 Apr 4;19(1):50–9
  Lefremova V, Manikakis G, Krefft O, Jabali A, Weynans K, Wilkens R, Marsoner F, Brändl B, Müller F-J, Koch P, Ladewig J
  
• Detailed comparison of retroviral vectors and promoter configurations for stable and high transgene expression in human induced pluripotent stem cells. 2017 Apr 20;189:167
  Hoffmann D, Schott JW, Geis FK, Lange L, Müller F-J, Lenz D, Zychlinski D, Steinemann D, Morgan M, Moritz T, Schambach A
  
• Assessment of established techniques to determine developmental and malignant potential of human pluripotent stem cells. Nat Commun. 2018 May 15;9(1):1925
  International Stem Cell Initiative
  
• Generation of an iPSC line of a patient with Angelman syndrome due to an imprinting defect. Stem Cell Res. Elsevier; 2018 Sep 24
  Neureiter A, Brändl B, Hiber M, Tandon R, Müller F-J, Steenpass L
  
• Generation of two human isogenic iPSC lines from fetal dermal fibroblasts. Stem Cell Res. 2018 Oct 12;33:120–4
  Tandon R, Brändl B, Baryshnikova N, Landshammer A, Steenpass L, Keminer O, Pless O, Müller F-J
  
• Mutations in PMPCB Encoding the Catalytic Subunit of the Mitochondrial Presequence Protease Cause Neurodegeneration in Early Childhood. The American Journal of Human Genetics. 2018 Apr;102(4):557–73
  Vögtle F-N, Brändl B, Larson A, Pendziwiat M, Friederich MW, White SM, Basinger A, Kücükköse C, Muhle H, Jähn JA, Keminer O, Helbig KL, Delto CF, Myketin L, Mossmann D, Burger N, Miyake N, Burnett A, van Baalen A, Lovell MA, Matsumoto N, Walsh M, Yu H-C, Shinde DN, Stephani U, Van Hove JLK, Müller F-J, Helbig I