Vielfalt der Zellen im Ohr (Powerpoint)
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Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Vielfalt der Zellen Integration ins hörgeschädigte Ohr Dr. med. Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie Inselspital, 3010 Bern BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Inhalt • Einführung • Vielfalt der Zellen – Definitionen und Typen von Stammzellen – Herstellung von Innenohrzelltypen aus Stammzellen • Integration von Stammzellen ins hörgeschädigte Innenohr im Tiermodell • Stammzellen im Innenohr des Menschen – Vorstellung der eigenen Forschungstätigkeit • Zusammenfassung BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Der Verlust von Haarzellen im Innenohr führt zu irreversibler Hörschädigung beim Säugetier! Gesunde Haarzellen Geschädigte Haarzellen (Lärm, Gifte, etc.) BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Diese Tiere brauchen keine Hilfsmittel! Sie regenerieren Haarzellen von Stammzellen BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Definition und Stammzelltypen BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Stammzelltypen • Embryonale Stammzellen – Werden vom 4–6 Tage alten Embryo gewonnen • Somatische oder adulte Stammzellen – werden von Geweben des differenzierten Organismus gewonnen BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Li et al, 2003 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Embryonale Stammzellen Vorteile: • Sind die Zellen mit der grössten Potenz • Man kann jede Zelle des Organismus herstellen, auch Innenohrhaarzellen! • Grosse Vielfalt, grosse Quantität! • Man konnte beim Säugetier Haarzellen im Reagenzglas und nach Injektion in ein Hühnerembryo in vivo herstellen Nachteile: • Ethisch problematisch, weil der Embryo obligat zerstört wird • Anwendung beim Menschen sehr fraglich BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Adulte Stammzellen • Werden in den differenzierten Geweben des adulten Organismus gefunden • Sind normalerweise verantwortlich für Zellnachschub und Regeneration • Werden typischerweise in Geweben mit einem hohen Zellumsatz gefunden – Knochenmark – Haut – Darm BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Hirn Retina Lunge Innenohr? Herz Niere Leber Knochenmark Darm Muskel Haut Scott, „Stem Cell Now“, 2006 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Li & Heller, Nat Med 2003 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Adulte Stammzellen Vorteile: • Ethisch viel weniger Problematisch • Anwendung beim Menschen eher möglich • Die adulte Stammzelle ist schon näher bei der Zielzelle als die embryonale Stammzelle • Man kann beim Säugetier Haarzellen im Reagenzglas und nach Injektion in ein Hühnerembryo in vivo herstellen Nachteile: • Weniger grosse Quantität möglich • Gewinnung unter Umständen schwierig • Kleinere Potenz BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Vielfalt der Stammzellen • Sowohl embryonale als auch adulte Stammzellen konnten erfolgreich in Haarzellen und Hörnvervenzellen verwandelt werden • Es gibt mehrere adulte Stammzelletypen im Innenohr der Maus, die zur Herstellung von Haarzellen verwendet werden können • Die Vielfalt der Zellen ist eine gute Voraussetzung für eine allfällige, zukünftige Therapie der Hörminderung BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Integration von Stammzellen ins hörgeschädigte Innenohr im Tiermodell BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Transplantation • Transplantation von Stammzellen in das Innenohr eines hörgeschädigten Tiers – A) Die lärmgeschädigte Hörschnecke – B) Der giftgeschädigte Hörnerv BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern A) Die lärmgeschädigte Hörschnecke BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Parker et al., Hear Res 2007 Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Stammzelleninjektion in die hörgeschädigte Cochlea Parker et al., Hear Res 2007 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Parker et al., Hear Res 2007 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Integration der Stammzellen im Corti-Organ und im Hörnervenganglion Differenzierung in Haarzellen und Hörnervenzellen Parker et al., Hear Res 2007 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Stammzellentransplantation zur Haarzellregeneration in der Hörschnecke • Erfolgreiche Transplantation • Sehr kleine Zahl der Stammzellen überlebt, integriert und differenziert • Keine Hinweise oder Angaben zur Verbesserung des Gehörs BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern B) Der giftgeschädigte Hörnerv Corrales et al., J Neurobiol 2006 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Stammzellen zur Regeneration des Hörnerven • Erfolgreiche Transplantation • Stammzellen überleben, differenzieren und integrieren • Keine Angaben zur Verbesserung des Hörvermögens BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Integration • Ist die grosse Knacknuss auf dem Weg zu einer Stammzelltherapie für Hörschädigung • Es reicht nicht, Haarzellen in genügender Zahl im Innenohr zu regenerieren, jede Zelle muss perfekt in das hochkomplexe System des Innenohrs integriert werden, damit ein Hörvermögen erreicht werden kann BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Andere stammzellbasierte Ansätze zur Therapie der Hörstörung • Eventuell Erfolg versprechender als Stammzell-Transplantation • Generierung von Haarzellen in grosser Zahl im Reagenzglas, um Medikamente zu testen – Protektive Substanzen gegen Lärm, Gifte etc. – Regeneriernde Substanzen – Indirekte „Stammzelltherapie“ • Hilft, die Anzahl Versuchstiere zu reduzieren BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Stammzellen zur Herstellung grosser Quantitäten von Haarzellen im Reagenzglas BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Stammzellen im Innenohr des Menschen (?) Vorstellung der eigenen Forschungstätigkeit BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Problem • Um Stammzellen finden zu können, muss Innenohrgewebe des Menschen untersucht werden • Die Entfernung von Innenohrgewebe aus dem Innenohr führt obligat zu einem Hörverlust • Innenohrgewebe kann also nur bei destruktiven Ohroperationen gewonnen werden, wo das Gehör geopfert wird (Tumoroperationen) • Diese Operationen sind sehr selten BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Hypothese Können Innenohren von verstorbenen Spendern zur Gewinnung von Stammzellen genutzt werden? BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Pilot Studie bei Mäusen • Stammzellen haben bis 10 Tage nach dem Tod im Innenohr überlebt • Die Stammzellen konnten bis zu 5 Tagen nach dem Tod Haarzellen und Nervenzellen generieren Senn et al., JARO, 2007 BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Ziele des laufenden Forschungsprojekts • Die Existenz von Stammzellen im menschlichen Innenohr zu beweisen • Menschliche Haarzellen und Hörnervenzellen im Reagenzglas herzustellen BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Das Forschungsprojekt wurde von der ethischen Kommission bewilligt BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Zellkultur Mechanische Vereinzelung Trypsin 0.125%, 3-7 min Trituration 20 - 30 x Einzelzell-Suspension BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Vemehrung Differenzierung Sphärenbildung Zelltrennung Inkubation (37°, 7 Tage) + Wachstumsfaktoren EGF, IGF, FGF, HS BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Zellplatierung Immunocytochemie Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Resultate BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Felsenbeine Spender (Anzahl) 42 Mittleres Patientenalter 72 Jahre (40 – 86) Mittleres Postmortem Interval 42 Std. (10 – 120) BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Erfolgreiche Gewinnung von Sphären aus dem Gleichgewichtsorgan von 18 Patienten BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Preliminäre Schlussfolgerung 1. Stammzellen existieren im menschlichen Innenohr – Nachweis für das Gleichgewichtsorgan • Corti-Organ? 2. Im Reagenzglas können Haarzellen und Hörnervenzellen hergestellt werden aus Stammzellen BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Zusammenfassung • Vielfalt der Zellen – Stammzellen können beim Säugetier zu Haarzellen und Hörnervenzellen differenziert werden – Stammzellen existieren wahrscheinlich auch im Innenohr (v.a. Gleichgewichtsorgan) des Menschen und können im Reagenzglas zu Haar- und Nervenzellen differenziert werden • Integration ins hörgeschädigte Tier-Innenohr möglich, aber noch keine Verbesserung des Gehörs beobachtet BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Schlussfolgerung • Es gibt noch keine Stammzelltherapie für Hörgeschädigte, der Weg zu einer solchen ist noch weit • Es ist möglich, dass eine Stammzelltherapie für Hörschädigung auch nicht funktionieren könnte • Forschung ist zentral und muss intensiviert werden; dazu gründen wir in der Schweiz derzeit eine Stiftung „Swiss Inner Ear Foundation“ (http://innerear.ch) • Patienten mit Hörschädigung sollten nicht auf eine Stammzelltherapie warten, wenn sie jetzt eine Therapie brauchen; Cochlea-Implantate stehen heute zur Verfügung BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Danksagung The Heller Lab, Stanford Kazuo Oshima Dawn Teo Veronika Starlinger Stefan Volkenstein Stefan Heller BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn Inner Ear Research Laboratory and Laboratory of Neural Repair, Bern Amir Gorguy Mina Angélique Ducray Stefano di Santo Hans-Rudolf Widmer Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern Danksagung HNO-Klinik, Inselspital Bern Christoph Stieger Catherine Reid Markus Huth Rudolf Häusler Marco Caversaccio BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn University Department of Pathology Inselspital Alfred Wüthrich Thomas Schaffner Universitätsklinik für HNO, Kopf- und Halschirurgie, Inselspital Bern • supported by grants – Personal grants for young researchers by the SNF 2005 (Boston) and SSMBS 2006 (Stanford) – DKF grants-in-aid, Bern – DKF research price, Bern – MEDEL (from April 1, 2009) – Stiftung für Hörgeschädigte Luzern BOTA 2010 - Vielfalt der Zellen - Integration ins hörgeschädigte Ohr - Pascal Senn
