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Zellbasierte Assays Stammzellen Chemical Screen für die iPS-Reprogrammierung Dipl.-Biol. Oliver Keminer, Prof. Dr. Carsten Claussen, European ScreeningPort GmbH, Hamburg Die Stammzellforschung ist derzeit wohl eines der spannendsten und vielversprechendsten Gebiete der Lebenswissenschaften. Ergebnisse der Grundlagenforschung könnten in absehbarer Zeit die Grundlage für neue innovative Therapien der regenerativen Medizin und für patientenspezifische Krankheitsmodelle werden. Insbesondere die Nobelpreis-gekrönte Entdeckung der genetischen Reprogrammierung von adulten somatischen Zellen zu sogenannten induziert pluripotenten Stammzellen (iPS) eröffnet neue und potentiell unbegrenzte Möglichkeiten der Generierung körpereigener Zellen von Patienten. Damit lassen sich einerseits Gewebeunverträglichkeiten bei der Stammzellspende, aber auch ethische Probleme lösen, die etwa bei der Nutzung humaner embryonaler Stammzellen (hESC) entstehen und derzeit unüberwindbar scheinen. der Definition der relevanten Read-outs, die wissenschaftlich sehr hohe Ansprüche stellt. Ein wesentlicher Hemmschuh für solche Screening-Kampagnen im Hochdurchsatz ist die schwierige und langwierige Zellkultivierung und die Adaptierung der zellbasierten Assays an den automatischen Prozess. Eine logistische Herausforderung ist zum Beispiel der notwendige Medienwechsel in den Screening-Mikrotiterplatten, die eine erneute Zugabe der jeweiligen Substanzen erfordert. Daher beschränken sich selbst jüngste Stammzell-basierte Screening-Kampagnen bei professionellen Auftragsforschungsinstituten (CROs) bisher auf weniger als 12.000 verschiedene Substanzen. Screeningstrategie: akademische Expertise und industrieller Prozess Prinzipiell hat die iPS-Technologie große Hoffnungen auf eine unbegrenzte Regenerierung kranker Zellen oder auch Gewebe geschürt. Die Technologie verspricht, einen Beitrag zur Bekämpfung bisher unheilbarer Krankheiten zu leisten, wie etwa von neurodegenerativen Erkrankungen, chronischen Entzündungen, Autoimmunkrankheiten sowie Krebs. Zusätzlich bieten die iPS-Zellen bisher unbekannte Möglichkeiten bei der Suche nach neuen Arzneistoffen, denn sie lassen sich als krankheits- und patientenspezifische Zellmodelle in Drug-Discovery-Programmen nutzen. Trotz aller gebotener Vorsicht, keine vorschnellen Hoffnungen wecken zu wollen, hat das Potential der Stammzellen vielfältige Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der modernen individualisierten Medizin generiert. Kleine Moleküle zur Differenzierung von Stammzellen iPS). So konnte in Forschungsarbeiten gezeigt werden, dass Small Molecules spezifisch Gene aktivieren können, und es sind bereits Substanzen bekannt, die die Pluripotenz von Stammzellen erhalten oder die Reprogrammierung von somatischen Zellen verstärken. Die systematische Suche mit automatisierten Hochdurchsatz-Screeningmethoden und der Einsatz umfangreicher Substanzbibliotheken stecken allerdings noch in den Anfängen. Auch für die gezielte Differenzierung von Vorläuferzellen zu speziellen Zelltypen ist es wünschenswert, niedermolekulare Wirkstoffe nutzen zu können. Dies gilt sowohl für ES-Zellen, adulte Vorläuferzellen als auch für iPS-Zellen. Auch hier steckt die automatisierte Suche nach geeigneten Wirkstoffkandidaten noch in den Kinderschuhen. Eine Herausforderung sind zunächst die Auswahl und die Entwicklung geeigneter Assay-Formate mit Aufgrund der Attraktivität des Forschungsgebietes und der offensichtlichen Notwendigkeit engagiert sich der European ScreeningPort (ESP) in verschiedenen Projekten im Bereich Drug iPS und der Differenzierung von iPS- als auch ES-Zellen zu verschiedenen Zelltypen. Dabei kooperiert der ESP mit international renommierten Stammzellforschern im Rahmen von EU- und DFG-Projekten sowie mit Technologieanbietern in gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Gemäß dem Geschäftsmodell des ESP bringt der akademische Partner dabei die biologisch-medizinische Expertise und die Zellsysteme ein, während der ESP mit seiner Infrastruktur und seinen Substanzbibliotheken die entsprechenden Assays entwickelt und die Screening-Kampagne durchführt. Grundsätzlich besteht große Erfahrung mit klassischen Target-orientierten (meist biochemischen) Screening-Technologien. In Aktuell sind die Reprogrammierung von somatischen Zellen zu iPSCs und die anschließende Differenzierung noch sehr zeitaufwendig und der Einsatz von reprogrammierten Zellen relativ gering. Hinzu kommt, dass derzeit für die Reprogrammierung Fremd-DNA für Stammzellfaktoren in die Zellen eingebracht werden muss, was potentiell risikobehaftet ist. Tatsächlich haben jüngste Studien gezeigt, dass die mit diesen Verfahren generierten iPS-Zellen genetisch instabil sein können und in sich ein Tumor-Risiko bergen. Daher unternehmen akademische Forschungsinstitute, die forschende Industrie, aber auch kommerzielle Anbieter enorme Anstrengungen, alternative und effizientere Methoden zu entwickeln. Ein vielversprechender Ansatz ist die Suche nach niedermolekularen Substanzen (engl. small molecules), die Pluripotenz erhalten oder induzieren können (Drug IV | 14. Jahrgang | Nr. 3/2013 Screening auf niedermolekulare Modulatoren der iPS-Zell-Differenzierung Quelle: European ScreeningPort LABORWELT
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Seite 1 und 2: LABORWELT Nr. 3 / 2013 - 14. Jahrga
Seite 3: Intro Zellbasierte Assays Zellmodel
Seite 7 und 8: Drug Screening Zellbasierte Assays
Seite 9 und 10: Drug Screening Zellbasierte Assays
Seite 11 und 12: Diagnostik Advertorial ››› SE
Seite 13 und 14: Screening Advertorial ››› ZEL
Seite 15 und 16: Interaktionsanalyse Zellbasierte p5
Seite 17 und 18: RNAi-Knockdown Zellbasierte Assays
Seite 19 und 20: Verbände Service Diagnostik-Netzwe
Seite 21 und 22: BioTek Instruments Cytation TM 3 ve
Seite 23 und 24: The best thing that can happen to a

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