In vivo Reifung und Resilienz von aus humanen pluripotenten Stammzellen abgeleiteten Inselzellenclustern

• Antragsteller: Professor Dr. Anthony Gavalas, Ph.D.; Professor Dr. Stephan Speier
• Fachliche Zuordnung: Endokrinologie, Diabetologie, Metabolismus
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540762991

Die funktionelle Reifung und posttransplantative Sicherheit sind zwei wesentliche Hürden für die klinische Anwendung von aus humanen pluripotenten Stammzellen (hPS-Zellen) abgeleiteten inselartigen Clustern (SC-Inseln). Es hat sich gezeigt, dass sich SC-Inseln nach der Transplantation weiter differenzieren und reifen. Wir gehen daher davon aus, dass eine detaillierte Analyse der zeitlichen und mechanistischen Aspekte der in vivo Reifung wesentliche, bisher unbekannte neue Anhaltspunkte für die weitere Verbesserung der in vitro Reifung von SC-Inseln aufdecken wird. Ziel dieses Projekts ist es, die wesentlichen Mechanismen zu identifizieren, die bei der in vivo Reifung von SC-Inseln eine Rolle spielen, und diese Mechanismen anschließend zu nutzen, um ihre Reifung in vitro zu beschleunigen. Zu diesem Zweck werden wir die vordere Augenkammer (ACE) von Mäusen als Transplantationsort nutzen, welche als natürliches Körperfenster fungiert und es uns somit erlaubt, mittels Laser-Scanning-Mikroskopie die transplantierten SC-Inseln in vivo in hoher Auflösung darzustellen. Mit Hilfe von uns entwickelten hPS-Zellreporterlinien werden wir die Kinetik der in vivo Reifung und Funktionalität von SC-Inseln nach ihrer Transplantation in die ACE von immundefizienten Mäusen longitudinal untersuchen. Außerdem werden wir die Sicherheit der SC-Inseln durch genaue Beobachtung der SC-Inselmasse, insbesondere der nicht-granulierten Zellmasse die aus der Ausbreitung der restlichen Vorläuferzellen in den SC-Inseln resultieren würde, bewerten. Die in diesem Projekt gewonnenen in vivo Daten werden durch funktionelle physiologische Charakterisierungsstudien der SC-Inseln vor der Transplantation in vitro und nach der Transplantat-Entnahme ex vivo ergänzt. Einzelzell-Transkriptomik der transplantierten SC-Inseln, die zu wichtigen Übergangsphasen während der in vivo Reifung entnommen werden, wird es uns ermöglichen, Kandidatensignalwege zu identifizieren, die am Reifungsprozess beteiligt sind. Außerdem werden wir die Ergebnisse unserer Reporterlinien mit denen aus dem von uns entwickelten Verfahren zur hochauflösenden Bildgebung von SC-Inseln kombinieren, um so Bedingungen zu identifizieren, die die Reifung von SC-Inseln in vitro fördern. Auf diesem Weg wird es uns gelingen fortschrittliche Verfahren für die Erzeugung von reifen SC-Inseln zu entwickeln. Das Überleben und die Funktionalität dieser weiterentwickelten SC-Inseln werden abschließend unter vergleichbaren systemisch-metabolischen Bedingungen untersucht werden, wie sie SC-Inseln auch nach der Transplantation in einen Patienten mit Diabetes ausgesetzt wären. Diese in vivo, in vitro und ex vivo Datensätze werden noch nie dagewesene mechanistische Einblicke in die Reifung endokriner Zellen in vivo liefern. Die Erkenntnisse werden wir nutzen, um die in vitro Differenzierung und Reifung von SC-Inseln im Hinblick auf die Entwicklung einer sicheren und wirksamen Zellersatztherapie für Menschen mit Diabetes zu fördern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen