Die Alzheimer-Krankheit: Wie können Stammzellen helfen?

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Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Ursache von Demenz. Es handelt sich um eine komplexe Erkrankung, die Nervenzellen in vielen Bereichen des Gehirns betrifft. Die wirkungsvolle Behandlung stellt deshalb eine große Herausforderung dar. Kann die Stammzellforschung dazu beitragen, diese Herausforderung in der Zukunft zu meistern?

Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Ursache von Demenz. Alzheimer-Patienten leiden häufig an Gedächtnisverlust, Verwirrtheit und Stimmungsschwankungen.

Die Ursache der Alzheimer-Krankheit ist noch unbekannt; mehrere Theorien befassen sich jedoch mit zwei Proteinen, Beta-Amyloid und Tau, die in den zugrunde gehenden Bereichen des Gehirns von Alzheimer-Patienten zu finden sind.

Beta-Amyloid verklumpt zu Plaques, die möglicherweise eine korrekte Signalübertragung zwischen den Nervenzellen (Neuronen) verhindern.

Tau-Proteine sind wichtig für die normale Zellfunktion. Forscher vermuten jedoch, dass zu neurofibrilläre Bündel verdrehte Tau-Proteine die Versorgung der Neuronen mit Nährstoffen stören.

Die Alzheimer-Krankheit ist gegenwärtig nicht heilbar.

Bei der Alzheimer-Krankheit werden geringere Mengen an Neurotrophinen gebildet. Dies sind Proteine, die Wachstum und Überleben von Neuronen begünstigen. In Studien wird gegenwärtig untersucht, wie im Gehirn von Alzheimer-Patienten mehr Neurotrophine gebildet werden könnten.

Für die Alzheimer-Krankheit gibt es derzeit keine zugelassene Stammzelltherapie. Positive Effekte wurden mit der Transplantation neuralen Stammzellen in das Gehirn von Mäusen beobachtet, die eine der Alzheimer-Krankheit ähnliche Krankheit hatten. Doch die Forscher untersuchen noch, was genau diese Stammzellen tun und wie sie bei der Reparatur des Gehirns helfen könnten.

Die Forscher züchten gegenwärtig aus induzierten pluripotenten Stammzellen Neuronen, die denselben genetischen Hintergrund haben wie Menschen mit Alzheimer-Krankheit. So kann diese Krankheit genau untersucht werden.

Im gesamten Gehirn gibt es eine Vielzahl verschiedener Nervenzellen, die bei der Alzheimer-Krankheit zerstört werden. Daher ist jeder Fall einzigartig und sehr schwierig zu behandeln.

Soll eine Stammzelltherapie erfolgreich sein, ist es unabdingbar, dass Zellen in alle geschädigten Areale im gesamten Gehirn gelangen. Es müssen auch die richtigen Arten von Nervenzellen und anderen Gehirnzellen gebildet werden sowie neue Neuronen sich korrekt mit den bereits vorhandenen Neuronen „vernetzen“. Vor allem ist es wichtig, dass diese Therapien sicher sind (also keinen Krebs oder andere Komplikationen verursachen).

Sollte es eines Tages Stammzelltherapien gegen Alzheimer geben, beheben diese Behandlungen jedoch nicht die Ursache der Alzheimer-Krankheit. Das heißt, die Behandlungen halten möglicherweise nicht lange vor und die Betroffenen könnten Rückfälle erleiden.

Alzheimer-Krankheit

Die Alzheimer-Krankheit ist die häufigste Ursache von Demenz. Zu den ersten Zeichen der Krankheit gehören häufig Gedächtnislücken oder Wortfindungsstörungen. Im weiteren Verlauf kommt es in zunehmendem Maße zu Symptomen wie Verwirrtheit, Stimmungsschwankungen und Gedächtnisverlust.

Die Ursache der Erkrankung ist noch unbekannt: Forschungen haben jedoch ergeben, dass im Gehirn von Betroffenen abnorme Ablagerungen bestimmter Proteine entstehen. Eines dieser Proteine, das so genannte Beta-Amyloid, bildet Verklumpungen, die als Plaques bezeichnet werden. Ein weiteres, das Tau-Protein, verdreht sich zu neurofibrilläre Bündel. Die Frage, ob diese Veränderungen ursächlich für die Alzheimer-Symptome sind, ist nach wie vor Gegenstand der Forschung. Eine Theorie geht davon aus, dass die Plaques die Kommunikation der Nervenzellen im Gehirn behindern und die Bündel aus Tau-Protein möglicherweise die Nährstoffversorgung der Zellen stören. Die genauen Vorgänge sind noch unklar, fest steht jedoch, dass bestimmte Nervenzellen im Verlauf der Alzheimer-Krankheit absterben. Während die Erkrankung fortschreitet, gehen immer mehr Nervenzellen – auch als Neuronen bezeichnet – verloren. Aus diesem Grund wird Alzheimer den neurodegenerativen Erkrankungen zugeordnet.

Alzheimer's disease neuron death
Plaques und neurofibrilläre Bündel: Darstellung der Entstehung von Bündeln und Plaques sowie deren Interaktion mit den Neuronen im Verlauf von Alzheimer

Schätzungen zufolge haben bis zu etwa 1,5% der 65- bis 69-Jährigen und etwa 25 bis 30% der 90-Jährigen Alzheimer. Die genaue Ursache ist zwar nicht bekannt, aber es wird eine Reihe von Risikofaktoren mit der Krankheit in Verbindung gebracht. Der wichtigste ist ein höheres Lebensalter. Frauen haben ein höheres Erkrankungsrisiko als Männer, und die Erbanlagen (d. h. die familiäre Krankheitsgeschichte) spielen neben vielen weiteren Faktoren ebenfalls eine große Rolle.

Die Alzheimer-Krankheit ist gegenwärtig nicht heilbar. Es gibt Medikamente, die einige Symptome vorübergehend bessern können, beispielsweise indem sie die Gedächtnisleistung oder die Alltagsfähigkeiten verbessern. Die meisten dieser Medikamente gehören zur Gruppe der Cholinesterasehemmer (z. B. Aricept, Exelon, Reminyl). Sie verhindern den Abbau einer im Gehirn vorkommenden Substanz namens Acetylcholin, die Signale zwischen den Nervenzellen überträgt. Es gibt jedoch keine Medikamente, die den Verlust von Nervenzellen verzögern oder aufhalten. Dank erheblicher Anstrengungen in der Forschung und Arzneimittelentwicklung konnten während der letzten zwei Jahrzehnte potenzielle neue Medikamente für den Abbau von Amyloid-Protein-Ablagerungen im Gehirn gefunden werden. Leider haben sich diese Substanzen in großen klinischen Studien nicht bewährt, was neue Fragen darüber aufwirft, wie die Erkrankung unter Laborbedingungen darzustellen und nachzuvollziehen ist. Bisher wurde überwiegend an Mäusen mit Alzheimer-ähnlichem Erkrankungsbild geforscht, so genannten Mausmodellen. Stammzellen könnten dazu beitragen, dass neue Modelle für die Krankheit zur Verfügung stehen, die eine Forschung an menschlichen Zellen ermöglichen und dass so schließlich neue Behandlungsmöglichkeiten gefunden werden

Bislang steht keine Stammzellbehandlung für die Alzheimer-Krankheit zur Verfügung. Die Krankheit betrifft viele verschiedene Typen von Neuronen in sämtlichen Bereichen des Gehirns. Damit steht man vor einem komplexen Problem, wenn man darauf abzielt, die geschädigten Gehirnzellen zu ersetzen. Ein möglicher Ansatz wäre beispielsweise die Transplantation von neuralen Stammzellen (eine im Gehirn vorkommende Stammzellart) in das Gehirn von Alzheimer-Patienten, in der Hoffnung, dass daraus neue, gesunde Gehirnzellen entstehen. Doch selbst wenn gesunde, funktionsfähige neurale Stammzellen zur Verfügung stünden und sicher transplantiert werden könnten, wäre es noch ein schwieriger Weg bis zu einem eventuellen therapeutischen Nutzen. Die Stammzellen müssten nämlich

  • in die zahlreichen geschädigten Bereiche des Gehirns gelangen.
  • die vielen verschiedenen Typen von Neuronen hervorbringen, die nötig sind, um die geschädigten und verloren gegangenen Zellen zu ersetzen.
  • ermöglichen, dass sich die neuen Neuronen effektiv in das Gehirn integrieren, indem sie Verbindungen herstellen, um die verloren gegangenen Teile eines komplexen Netzwerks zu ersetzen.

Trotz dieser beträchtlichen Herausforderungen ist die Stammzelltransplantation an Mäusen erforscht worden und in Studien konnte ein gewisser Nutzen nachgewiesen werden. Die Forschung zu diesem Thema befindet sich in einem sehr frühen Stadium und es sind noch viele Fragen offen. So befürchten viele Forscher, dass ein von Alzheimer betroffenes Gehirn neue Neuronen nicht korrekt integrieren kann. Es gibt auch dahingehend Bedenken, dass die transplantierten Stammzellen durch die Ablagerungen von Amyloid und Tau-Protein geschädigt werden und deshalb nur vorübergehend helfen könnten. Bevor die Ergebnisse in der Entwicklung einer Therapie für den Menschen Anwendung finden, ist noch viel Forschungsarbeit notwendig.

Ein anderer möglicher Ansatz für eine Stammzelltherapie könnte die Verwendung bestimmter Arten von Stammzellen sein, um das Gehirn mit Proteinen zu versorgen, die als Neurotrophine bezeichnet werden. Im gesunden Gehirn fördern Neurotrophine das Wachstum und das Überleben von Neuronen, bei der Alzheimer-Krankheit ist die Produktion von Neurotrophinen jedoch niedrig. Neurale Stammzellen produzieren Neurotrophine und könnten daher eine Möglichkeit bieten, dieses Problem zu lösen. Um diese Theorie zu überprüfen, züchteten Wissenschaftler Mäuse mit den wesentlichen Symptomen und Merkmalen der Alzheimer-Krankheit wie beispielsweise Gedächtnisverlust. Nachdem sie neurale Stammzellen in das Gehirn der Mäuse injiziert hatten, konnten sie eine gewisse Verbesserung der Gedächtnisleistung beobachten. Derzeit wird dieser Effekt in weiteren Studien untersucht, aber der Ansatz wurde bisher nicht am Menschen geprüft.

Viele Wissenschaftler sind der Ansicht, dass Alzheimer-Patienten auf andere Weise von Stammzellen profitieren werden, bevor man potenzielle Therapien entwickelt, die auf der Transplantation von Stammzellen beruhen. Indem die Forscher Stammzellen von Alzheimer-Patienten verwenden, um im Labor große Mengen an Gehirnzellen zu züchten, können sie die Krankheit auf der Suche nach neuen Medikamenten erforschen.

Drawing of a healthy neuron (nerve cell of the brain)
Darstellung eines gesunden Neurons (Nervenzelle im Gehirn)
Drawing of a neuron affected by Alzheimer's disease
Darstellung eines von Alzheimer betroffenen Neurons

 

Ein Tag aus dem Leben einer Demenzforscherin: Selina Wray, Wissenschaftlerin der Forschungsorganisation Alzheimer's Research UK (Video auf Englisch)

Die aktuelle Forschung verwendet einen Stammzelltyp namens induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) für die Erforschung der Alzheimer-Krankheit. Diese Stammzellen werden im Labor hergestellt, indem man spezialisierte Zellen wie beispielsweise Hautzellen reprogrammiert. Die so entstandenen iPS-Zellen können sämtliche Zelltypen des Körpers hervorbringen. Mit ihrer Hilfe könnte man also Zellen herstellen, die andernfalls schwer zu gewinnen sind, wie beispielsweise die im Gehirn vorkommenden Neuronen.

Vor kurzem haben Wissenschaftler mithilfe der iPS-Technologie im Labor Neuronen gezüchtet, die einige der Hauptmerkmale der Alzheimer-Krankheit aufweisen. Die Wissenschaftler gewannen iPS-Zellen, indem sie Hautzellen von Alzheimer-Patienten entnahmen und reprogrammierten. Als Nächstes entwickelten sie eine Methode, um aus diesen iPS-Zellen in einer Petrischale Neuronen zu züchten. Die im Labor gezüchteten Neuronen produzieren das Beta-Amyloid-Protein, aus dem sich im Gehirn von Betroffenen Plaques bilden. Wissenschaftler haben diese iPS-Neuronen ebenfalls verwendet, um die Ablagerungen des Tau-Proteins zu untersuchen. Diese Ablagerungen bildet die neurofibrilläre Bündel  im Gehirn der Alzheimer-Patienten. Dies eröffnet der Wissenschaft die wertvolle Möglichkeit, an Neuronen zu forschen, die den erkrankten Neuronen im Gehirn ähneln. So lässt sich beispielsweise ein besseres Verständnis darüber gewinnen, wie und warum Proteinplaques entstehen, und man kann neue Medikamente suchen und testen.

Der Ansatz ist sehr vielversprechend, weil er möglicherweise ein Problem löst, das einer Entschlüsselung und eventuellen Heilung der Alzheimer-Krankheit entscheidend im Weg steht: Die Krankheit kann von Patient zu Patient erheblich variieren. Es scheint daher wahrscheinlich, dass sich auch die Ursachen unterscheiden. Möglicherweise muss man für jede Ursache eine eigene Behandlung finden, und diese Unterschiede können an Tieren nicht immer effektiv untersucht werden. Wenn im Labor aus Stammzellen von Patienten gezüchtete Neuronen die Merkmale der Alzheimer-Krankheit aufweisen, kann man Untersuchungen zur Zellbiologie und die Erfahrungen und klinischen Symptome der Patienten zueinander in Beziehung setzen und so möglicherweise wesentliche Erkenntnisse über die Mechanismen der Krankheit gewinnen.

Manche Unternehmen mögen zwar für sich in Anspruch nehmen, Stammzelltherapien für die Alzheimer-Krankheit anbieten zu können, diese sind jedoch nicht Teil des anerkannten und sorgfältig kontrollierten Verfahrens der klinischen Prüfung. Es gibt Berichte über klinische Studien der Phase I (d. h. Versuche zur Beurteilung der Sicherheit, allerdings nicht zur Effektivität der mögliche Behandlung) mit mesenchymalen Stammzellen für die Alzheimer-Krankheit in den USA. Bei der Beurteilung derartiger Therapien ist Vorsicht geboten, bis die Ergebnisse dieser Studien veröffentlicht werden. Wissenschaftler haben noch offene Fragen zur Begründung, auf denen diese Strategie basiert. Es gibt derzeit keine erprobte, sichere und wirksame Stammzelltherapie für diese Krankheit. Die Stammzelltechnologie wird jedoch bereits in Studien eingesetzt, die der intensiven Erforschung der Ursachen und Auswirkungen von Alzheimer dienen und von denen man sich wichtige Erkenntnisse über die zukünftige Entwicklung neuer Medikamente und möglicherweise auch zellbasierter Therapien verspricht.

Dieses Informationsblatt wurde von Mahendra De Silva erstellt und von Fred H. GageLaura Phipps, Pietro Tiraboschi, Håkan Toresson und Selina Wray überprüft. 
Die Übersetzung des Informationsblatts wurde durch das GermanStemCellNetwork (GSCN) im Jahr 2014 realisiert.

Die erste Abbildung zeigt den Verlust der Verbindungen zwischen den Neuronen im von der Alzheimer-Krankheit betroffenen Gehirn und wurde freundlicherweise vom National Institute on Aging/National Institutes of Health zur Verfügung gestellt. Die animierte Abbildung wurde von 7mike5000 aus Inside the Brain: Unraveling the Mystery of Alzheimer's Disease des National Institute on Aging erstellt. Die stark vergrößerte Abbildung der Astrozyten stammt von Nephron. Alle übrigen Abbildungen wurden freundlicherweise vom National Institute on Aging / National Institutes of Health zur Verfügung gestellt.