Genomchirurgie: Chancen und Risiken neuer molekularbiologischer Verfahren Millionen Zellen für die Therapie - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Genomchirurgie: Chancen und Risiken neuer molekularbiologischer Verfahren

Millionen Zellen für die Therapie

Prof. Boris Fehse leitet die Forschungsabteilung Zell- und Gentherapie am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf und ist einer der Autoren der Analyse zur Genomchirurgie, die die BBAW 2015 veröffentlicht hat
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Neue molekularbiologische Verfahren könnten in Zukunft die Behandlung von Krankheiten verändern, die auf bestimmten Erbinformationen beruhen. Was mit der „Genomchirurgie“ möglich wird und wie veränderte Zellen kultiviert werden müssen, erläutert Prof. Boris Fehse vom UKE in Hamburg.

Herr Professor Fehse, was ist mit Genomchirurgie gemeint?

Genomchirurgie bezeichnet das Ideal der Gentherapie: das gezielte Verändern von Erbinformationen, sei das ein einzelner Baustein oder eine ganze Sequenz von Bausteinen in lebenden Zellen. Bis vor einigen Jahren waren solche gezielten Änderungen des Erbguts nur an einzelnen Zellen und mit geringer Effizienz möglich. Im Labor ließ sich die geringere Effizienz durch Auswahlverfahren ausgleichen: Man arbeitete nur mit Zellen weiter, in denen der gewünschte Effekt eingetreten war. Seit einigen Jahren stehen nun neue Methoden bereit, die ein viel genaueres Arbeiten ermöglichen. Damit wird Genomchirurgie am Menschen grundsätzlich vorstellbar – auch wenn noch technische, biologische und rechtlich-ethische Fragen zu beantworten sind.
Welche neuen Werkzeuge sind für die Therapie besonders interessant?
Bereits in den 90er-Jahren wurden Arbeiten zu so genannten Zinkfinger-Nukleasen veröffentlicht. Das sind Enzyme, die Molekularbiologen wie Schere oder Skalpell benutzen, um Elemente aus der Erbinformation zu schneiden und zu ersetzen. Die ersten besonders präzise arbeitenden Nukleasen waren allerdings aufwendig herzustellen und machten immer noch Fehler. Inzwischen wurden zwei weitere Generationen von Nukleasen entwickelt, die immer spezifischer arbeiten und immer einfacher und schneller herzustellen sind.
Wieviel weiß man schon über die Möglichkeiten, die diese Nukleasen bieten?
Die erste Generation, die Zinkfinger-Nukleasen, ist soweit erforscht, dass damit bereits klinische Studien angelaufen sind. In den USA geht es in einer solchen Studie zum Beispiel darum, im Rahmen der somatischen Gentherapie an fertig ausgebildeten Zellen im Körper einen Rezeptor auszuschalten, der bei der HIV-Infektion ein Rolle spielt. Die jüngeren Generationen der Nukleasen werden in der medizinischen Forschung bereits an Zellkulturen eingesetzt und helfen, die genetischen Grundlagen bestimmter Krankheiten schneller und besser zu verstehen. Ihr Einsatz in der Therapie ist denkbar, hier sind klinische Studien allerdings noch im Stadium der Planung.
Wo wird zur Genomchirurgie geforscht?
Entsprechende Arbeiten kommen häufig aus den USA und aus Europa. Die jüngste Generation sehr genau arbeitender Nukleasen, die im wissenschaftlichen Sprachgebrauch als Crispr/Cas bezeichnet werden, haben vor allem zwei Forscherinnen in Deutschland und den USA parallel entwickelt.
Für welche Anwendungen bietet die Genomchirurgie neue Perspektiven?
Eine Perspektive für das Gesundheitswesen ist die schnellere Entwicklung klassischer Medikamente, weil wir mit der Genomchirurgie recht einfach zu Zellkulturen mit bestimmten genetischen Eigenschaften kommen und die Wirkung eines Medikamentes daran testen können. Die Behandlung bestimmter Zellgruppen in Patienten, die an einer Erbkrankheit leiden, ist ein zweites Beispiel. Wenn Defekte in Blutzellen eine Krankheit verursachen, lassen sich Stammzellen dieses Menschen entnehmen und verändern – so dass er im Rahmen der Behandlung zu Blutzellen ohne Defekt kommt.
Wird für die weitere Entwicklung auch Ingenieurwissen gebraucht?
Ja. Wenn wir Patienten wie beschrieben mit veränderten Zellen behandeln wollen, müssen diese außerhalb des Körpers kultiviert werden. Pro Kilogramm Körpergewicht werden fünf bis zehn Millionen Zellen gebraucht. Das Hinzufügen von Nährmedium und Reagenzien, das Waschen und Zentrifugieren und so weiter wie bisher in einem Reinraum zu erledigen, ist sehr aufwendig. Besser geeignet sind geschlossene Systeme, die auf einen Labortisch passen, automatisiert und zu vernünftigen Preisen arbeiten. An solchen Lösungen arbeitet die Industrie bereits.
Passen die Kosten für die Genomchirurgie ins bisherige Gesundheitssystem?
Es gibt Krankheiten, die heute nur mit immensem finanziellen Aufwand therapiert werden können. Da wäre eine genomchirurgische Behandlung auch aus wirtschaftlichem Blickwinkel sinnvoll. Bei Patienten, denen sich bisher keine Therapiemöglichkeit bietet, wäre sicher auch ein Konsens mit den Kostenträgern zu erzielen. Bei so genannten Volkskrankheiten müssen wir abwarten, welche Vorteile die Genomchirurgie bieten kann. Graduelle Verbesserungen würden die Ausgaben sicher nicht rechtfertigen.
Wo liegen die Grenzen des Verfahrens?
Schwierig wird es, wenn ein komplettes Organ oder gar der ganze Körper behandelt werden soll. Der Körper eines erwachsenen Menschen ist aus rund 1014 Zellen aufgebaut, die im Rahmen der Evolution darauf optimiert wurden, kein fremdes genetisches Material einzulassen – denn im natürlichen Umfeld ist fremdes genetisches Material gleichbedeutend mit Gefahr. Von einer Krebstherapie, die den ganzen Körper genomchirurgisch behandelt, sind wir angesichts dieser Schutzmechanismen noch weit entfernt. Eine Behandlung im Embryonalstadium würde manche Therapieansätze technisch vereinfachen. Allerdings wäre damit das Risiko einer Keimbahnmodifikation verbunden, die aus vielen Gründen heikel ist.
Was macht die Keimbahntherapie heikel?
Wenn wir an einem Embryo aus wenigen Zellen Defekte an einem oder wenigen Genorten genomchirurgisch verändern, sind die Chancen recht gut, eine Erbkrankheit zu verhindern. Allerdings betrifft diese Veränderung eventuell auch Zellen, aus denen sich später die Keimzellen des Individuums entwickeln. Es wird also nicht nur der einzelne Mensch behandelt, sondern alle seine potenziellen Nachkommen. Bei einer schweren Erbkrankheit scheint die Entscheidung, ob das erwünscht ist, noch relativ einfach. Aber wie bei der Pränataldiagnostik muss die Gesellschaft entscheiden, welche Änderungen erlaubt sein sollen und welche möglichen Risiken für unerwünschte Änderungen als akzeptabel gelten. Jetzt ist der Zeitpunkt, diese Debatte zu führen, denn noch ist Vieles technisch nicht oder nur unter Inkaufnahme hoher Risiken machbar – aber es zeichnet sich ab, dass sich das in den nächsten Jahren ändert.
Dr. Birgit Oppermann birgit.oppermann@konradin.de
Weitere Informationen Die Berlin-Brandenburgische Akademie der Wissenschaften (BBAW) hat 2015 eine Analyse zur Genomchirurgie beim Menschen veröffentlicht. Verfasst wurde sie von der interdisziplinären Arbeitsgruppe „Gentechnologiebericht“. Die Studie ist als PDF kostenlos im Internet verfügbar. www.gentechnologiebericht.de

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