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AG Spuler

Myologie

Profil

Unsere Muskeln halten wir für selbstverständlich. Sie erlauben uns, unserem täglichen Leben nachzukommen und wenn wir von vereinzelten Schmerzen, Muskelkater oder Zerrungen absehen, merken wir nicht viel von ihnen.

Bei Menschen, die an einer genetischen Muskelkrankheit erkrankt sind, ist das aber leider nicht der Fall. Sie erleben eine fortschreitende Abnahme der Muskelkraft und müssen irgendwann den Rollstuhl benutzen. Es gibt einige hundert verschiedene genetische Muskelkrankheiten. Daher sind genetische Muskelkrankheiten keine Seltenheit.

Noch häufiger ist allerdings der Abbau der Muskulatur im Alter, bei chronischen Erkrankungen wie Herz- oder Niereninsuffizienz, bei Krebs oder intensivmedizinischer Behandlung. Der Mechanismus des Muskelabbaus ist heutzutage noch ungeklärt und es gibt keine Therapien.

Weitere Informationen speziell für Patienten finden Sie auf der Seite der Hochschulambulanz für Muskelkrankheiten.

Team

Leiterin der Arbeitsgruppe 

Prof. Dr. Simone Spuler

simone.spuler@charite.de
simone.spuler@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540501/-504

 

Projektreferentin

Monique Wysterski, M.A.

Seit 2020 im Team der AG Spuler

monique.wysterski@charite.de
monique.wysterski@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540504

Leitender Wissenschaftler

Dr. rer. nat. Andreas Marg

Seit 2010 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Muskelstammzellen
Aktuelles Projekt: Satellitenzellen und ihre Heterogenität

Lebenslauf

andreas.marg@charite.de
Tel. +49 30 450 540524

 

Senior Berater

Dr. rer. nat. Mark Smith

Seit 2021 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: ATMP Entwicklung und Herstellung; Qualitätsmanagement und -sicherung; Zellkulturprozessoptimierung
Aktuelle Projekte: Herstellung eines autologen ATMPS für eine „1st-in-human“ klinische Prüfung; Qualitätssicherung für genetisch bearbeitete Zelltherapeutika

Lebenslauf

mark.smith@charite.de
mark.smith@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540523

 

WissenschaftlerInnen, Ärztinnen und Ärzte

 

Dr. rer. nat. Susanne Behr-Perst

Seit 2021 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Projektmanagement Klinischer Studien, Audit, Qualitäts- und CAPA-Management, Regulatory Affairs
Aktuelles Projekt: Leitung der Klinischen Studie MuST

Lebenslauf

susanne.behr-perst@charite.de
Tel. +49 30 450 540584


Biniam Bekele, M.D., M.Sc.

Seit 2019 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Klinische Entwicklung, Arzneimittelzulassung, Studien-Design
Aktuelles Projekt: MuST-Studie (Klinische Studie)

Lebenslauf

biniam.bekele@charite.de
Tel. +49 30 450 540584

 

Dominique Braumann

Seit 2021 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Glykanstrukturanalytik - insbesondere von Speichel- und Blutserumproteinen und IgG-Antikörpern, Analytik mittels MALDI-ToF-MS und Kapillarelektrophorese

Aktuelles Projekt: Validierung der Verarbeitung und Herstellung von menschlichen Muskelstammzellen als ATMP

Lebenslauf

dominique.braumann@charite.de
Tel.: +49 30 450 540584



Dr. rer. nat. Helena Escobar Fernandez

Seit 2016 i​​​m Team der AG Spuler

Fachgebiet: Genombearbeitung, Zelltransplantation, Muskeldystrophie-Mausmodelle
Aktuelles Projekt: Gen-Editierung von Muskeldystrophie, die Mutationen in Patientenzellen verursacht, und neue humanisierte Mausmodelle

Lebenslauf

helena.escobar@charite.de
helena.escobar@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540526


Dr. med. Elisabetta Gazzerro,
Oberärztin der Hochschulambulanz

Seit 2017 i​​​m Team der AG Spuler

Fachgebiet: Neuromuskuläre Erkrankungen, Stoffwechselkrankheiten
Aktuelles Projekt: Immunologischer Einfluss bei Muskeldystrophien

Lebenslauf

elisabetta.gazzerro@charite.de
Tel. +49 30 450 540514

 

Dr. rer. nat. Teresa Gerhalter

Seit 2021 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Überwachung von Muskelstörungen, Muskeldystrophien (Duchenne- und Becker-Muskeldystrophie, fazioskapulohumerale Muskeldystrophie), Magnetresonanztomographie (Schwerpunkt: quantitative Protonen- und Natrium-MRT)

Aktuelles Projekt: suMus - ein digitales Ökosystem rund um die Quantifizierung der Muskelaktivität 

Lebenslauf

teresa.gerhalter@charite.de
Tel.: +49 30 450 540518

 

Dr. Robin Graf

Seit 2021 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Bioingenieurwesen und Biotechnologie

robin.graf@charite.de
Tel.: +49 30 450 540518



Janine Kieshauer, M.Sc. (in Elternzeit)

Seit 2017 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Muskelzellbiologie, regulatorische Angelegenheiten, Entwicklung von Arzneimitteln für neuartige Therapien (ATMP)
Aktuelles Projekt: Validierung der Verarbeitung und Herstellung von menschlichen Muskelstammzellen als ATMP

Lebenslauf

janine.kieshauer@charite.de
Tel. +49 30 450 540518


Anne Krause, M.Sc.

Seit 2018 i​​​m Team der AG Spuler

Fachgebiet: Molekularbiologie, induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)
Aktuelles Projekt: Gene-Editing von Muskeldystrophie verursachenden Mutationen

Lebenslauf

anne.krause@charite.de
anne.krause@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540506


Dr. rer. nat. Eric Metzler

Seit 2015 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Humaninduzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs), Reprogrammierung, myogene Differenzierung, primäre menschliche Muskelzelle
Aktuelles Projekt: Reprogrammierung und Redifferenzierung von humanen Muskelstammzellen in induzierte pluripotente Stammzellen

Lebenslauf

eric.metzler@charite.de
eric.metzler@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540526


Dr. rer. nat. Stefanie Müthel

Seit 2018 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Calpain, LGMD2A, Genbearbeitung, Epigenetik
Aktuelles Projekt: Präzises Gene-Editing von LGMD2A verursachenden Mutationen

Lebenslauf

stefanie.muethel@charite.de
Tel. +49 30 450 540518


Dr. med. Joanna Schneider 

Aktuelles Projekt: Epigenetische Veränderungen bei Critical-Illness-Myopathie

joanna.schneider@charite.de
joanna.schneider@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540514


Dr. med. Verena Schöwel-Wolf,
MBA Clinical Scientist

Seit 2008 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Entwicklung der Stammzelltherapie-Produktentwicklung für Arzneimittel für neuartige Therapien (Advanced Therapy Medicinal Product, ATMP), Planung der Erstanwendung am Menschen, Strategieentwicklung entsprechend dem ATMP-Markt, Spezifikationen für Orphan-Medikamente
Aktuelles Projekt: Entwicklung einer Muskelstammzell-Therapie zur Bekämpfung von Muskelschwund

Lebenslauf

verena.schoewel@charite.de
verena.schoewel@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540584


Dr. rer. nat. Haicui Wang

Seit 2020 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Humangenetik, Zellbiologie, Biochemie
Aktuelles Projekt: Gen-Editierung in LMNA-verwandten Muskeldystrophie-Patientenzellen

Lebenslauf

haicui.wang@charite.de
haicui.wang@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540518

Dr. rer. nat. Silvia Di Francescantonio

Seit 2017 i​​​m Team der AG Spuler

Fachgebiet: Muskelzellbiologie, Quieszenz, Gen-Editing (CRISPR-Cas), Dysferlin
Aktuelles Projekt: Stammzellbiologie, Muskelbiologie, Quieszenz, Gen-Editing (CRISPR-Cas), Dysferlin

Lebenslauf

silvia.di-francescantonio@charite.de
Tel. +49 30 450 540506

 

DoktorandInnen und StudentInnen

Busem Ignak

Seit 2021 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Molekulare und zelluläre Biologie, Proteomik, humane induzierte pluripotente Stammzellen und neuronale Differenzierung
Aktuelles Projekt: Präzises Gene-Editing von LGMD2A verursachenden Mutationen

Lebenslauf

busem.ignak@charite.de
busem.ignak@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540518



Christian Stadelmann, M.Sc. Translationale Medizin

Seit 2020 i​​​m Team der AG Spuler

Fachgebiet: Molecular Biology, Genetics, Gene Editing using CRISPR-based methods, Stem Cell Biology
Aktuelles Prokjekt: GMP-konforme Gen-Editierung in primären Muskelstammzellen für die autologe Transplantation 

Lebenslauf

christian.stadelmann@charite.de
christian.stadelmann@mdc-berlin.de
Tel. +49 30 450 540523

Alexej Zhogov

Seit 2019 im Team der AG Spuler

Aktuelles Projekt: Charakterisierung von humanisierten Mausmodellen der Muskeldystrophie

alexej.zhogov@charite.de
Tel. +49 30 450 540518

 

Technische MitarbeiterInnen

Stephanie Meyer-Liesener
Leitende Technische Assistentin

Seit 2008 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Zellkulturtechniken, Labor-Management 
Aktuelles Projekt: Regulation und Fehlregulation von Muskelwachstum

stephanie.meyer@charite.de
Tel. +49 30 450 540506
 

Stefanie Haafke, Biologielaborantin

Seit 2012 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Molekularbiologie, Immunfluoreszenzfärbungen, Zellkultur

stefanie.haafke@charite.de
Tel. +49 30 450 540518
 

Adrienne Rothe, Biologisch-Technische Assistentin


Seit 2013 im Team der AG Spuler

Fachgebiet: Histologie, Maus-Präparation
Aktuelles Projekt: Humandiagnostik, Sgca-Mäuse

adrienne.rothe@charite.de
Tel. +49 30 450 540518

 

PraktikantInnen und StudentInnen
 

Leon Kersting

Assistent im Projekt von Dr. Eric Metzler: Reprogrammierung und Redifferenzierung von humanen Muskelstammzellen in induzierte pluripotente Stammzellen

leon.kersting@charite.de
Tel. +49 30 450 540518


Teresa Schätzl

Projektassistentin suMus

teresa.schaetzl@charite.de
Tel. +49 30 450 540518
 

Alumni

Dr. rer. nat. Jakub Malcher

MyoGrad Doktorandenstipendium von 2013 - 2018 
Postdoc 2018 - 2020

Ehem. Projekt: “Exon-Skipping und Genome Editing als therapeutische Strategien für Dysferlinopathie”

 

Dr. rer. nat. Hans-Jürgen Peter

Im Team der AG Spuler von 2018 - 2020

 

Ehem. PraktikantInnen

Magdalena Bolsinger 

Lucia Link Dopazo 

Luise Minkewitz 

 

Forschung

Gene Editing in Muskeldystrophien

Helena Escobar Fernandez, Anne Krause, Stefanie Müthel, Christian Stadelmann, Haicui Wang, Alexej Zhogov

Gene Editing von Muskeldystrophie-verursachenden Mutationen in Patienten-spezifischen, induzierten pluripotenten Stammzellen

Helena Escobar Fernandez

Muskeldystrophien sind progrediente zu Lähmung führende Erkrankungen, für die derzeit keine spezifische Behandlung existiert. Sie sind gekennzeichnet durch fortschreitenden Abbau und eine Degeneration der Skelettmuskulatur, die zu einer Muskelschwäche führen. Diese Erkrankungen sind oft monogen vererbt, d.h. sie werden von Mutationen in einem einzigen Gen hervorgerufen. Ein möglicher therapeutischer Ansatz ist daher, den genetischen Defekt in Zellen, die dem Patienten entnommen werden, zu korrigieren und diese dann für eine autologe Transplantation zu verwenden. Muskelstammzellen (MSC) sind für die Muskelregeneration verantwortlich und wären bei einer Zelltherapie die Zellen der Wahl, um den dystrophen Muskel wiederherzustellen. Allerdings sind sie selten im Muskelgewebe zu finden, haben ein eingeschränktes proliferatives Potential und sind schwierig genetisch zu manipulieren. Deshalb würde die Anzahl der Muskelstammzellen, die entnommen und nach genetischer Korrektur wieder infundiert werden, wahrscheinlich nicht ausreichen, um eine größere Gruppe von Muskeln zu behandeln. Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSC) hingegen können aus adulten Körperzellen vom Patienten gewonnen, in Kultur vermehrt, genetisch korrigiert sowie weiter zu Zellen differenziert werden, die einige Eigenschaften von MSC aufweisen. Unsere Arbeit ist fokussiert auf die Entwicklung einer Gene-Editing-Plattform für die Korrektur von Muskeldystrophie-Mutationen in Patienten-eigenen iPSC. Des Weiteren entwickeln wir Methoden, um den Effekt der genetischen Korrektur zuverlässig in vitro und in Transplantationsexperimenten zu testen.

Präzise Gene-Reparatur von LGMD2A verursachenden Mutationen

Stefanie Müthel

Das direkte Editieren von Genen ist eine vielversprechende Methode, um krankheitsauslösenede Mutationen in Patienten-eigenen Primärzellen zu reparieren. In diesem Projekt wollen wir Mutationen im CAPN3 Gen reparieren. Calpain 3, das Protein, das von CAPN3 kodiert wird, bildet eine Cystein Protease, die vornehmlich im Skelettmuskel exprimiert ist. Mutationen in CAPN3 führen zu Limb Girdle Muscular Dystophy Typ 2 A (LGMD2A), eine progressive Muskelerkrankung, die die weltweit am häufigsten vorkommende LGMD ist und für die es bis heute keine Behandlung gibt. 

In unserer Hochschulambulanz behandeln wir mehrere Patienten, die an LGMD2A leiden, und verschiedene Mutationen in CAPN3 aufweisen. Dieses Projekt dient dazu, eine effiziente Plattform für die präzise Geneditierung von krankheitsauslösenden Mutationen in primären humanen Muskelstammzellen aufzubauen. Um die erfolgreiche Genreparatur nachzuweisen, entwickeln wir ebenfalls Methoden um die Wiederherstellung der Genfunktion in vitro und in vivo nachzuweisen. Durch das regenerative Potential von primären humanen Muskelstammzellen, sind wir überzeugt vom Nutzen von reparierten Muskelstammzellen für eine autologe Zelltherapie von LGMD2A-Patienten. 

Gen-Editierte primäre menschliche Muskelstammzellen zur Behandlung von Muskeldystrophien

Christian Stadelmann

Die Skelettmuskulatur besitzt Muskel-spezifische Stammzellen mit großem regenerativem Potenzial. Sie können nicht nur vom Patienten isoliert, sondern auch außerhalb des Körpers in Kultur vermehrt und manipuliert werden.

Diese Eigenschaften machen die Zellen einen vielversprechenden Kandidaten für die Entwicklung einer autologen Zelltherapie zur Behandlung vererbbarer  Muskeldystrophien.
Die heterogene Gruppe von Muskelschwund-Erkrankungen wird häufig durch Mutationen in einem einzelnen Gen ausgelöst. Diese können durch präzise molekulare Werkzeuge, wie der traditionellen CRISPR/Cas9 Genschere oder den neu entwickelten Basen Editoren, korrigiert werden.

Ziel des Projektes ist es Strategien zur Gen-Korrektur zu entwickeln, die sich für eine klinische Anwendung eignen. Hierfür wird der ex-vivo Gene Editing Schritt optimiert, standardisiert und validiert, um eine sichere Anwendung in der Klinik zu gewährleisten.

Chromatogramme einer exemplarischen Gen-editierten Probe in Vergleich zu der Kontrolle. Die genomische DNA wurde isoliert, die angezielte Sequenz PCR amplifiziert und die Amplikons sequenziert. The Schnittstelle von SpCas9 ist durch eine gestrichelte vertikale Linie markiert. Die guide RNA ist Schwarz unterstrichen. The Chromatogramme wurden mit Hilfe des bioinformatischen Tools ICE analysiert.

Gen-Editierung in LMNA-verwandten Muskeldystrophie-Patientenzellen

Haicui Wang

Klassische Laminopathie bezieht sich auf Krankheiten, die durch Mutationen im Gen LMNA verursacht werden, das für Lamin A/C, Schlüsselkomponenten der Kernschicht im Inneren der Kernhülle, kodiert. Der Großteil der klassischen Laminopathie wird durch autosomal dominante LMNA-Mutationen verursacht, und die klinischen Phänotypen können von Muskeldystrophie, erweiterter Kardiomyopathie, Charcot-Marie-Tooth Typ 2B bis hin zu alternder Phänotyp-Progerie variieren.

Wir möchten die neuesten Gen-Editing-Tools verwenden, einschließlich allelspezifischer CRISPR-Cas9- oder CRISPR-Basen-Editing ohne Doppelstrangbrüche, um die Mutationen in Zellen zu korrigieren, die von LMNA-verwandten Muskeldystrophie-Patienten stammen. Das Screening nach dem effizienten Bearbeitungswerkzeug wird mit vom Patienten stammenden induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) durchgeführt. Die vom Patienten stammenden Muskelstammzellen, die mit der validierten Editierstrategie von iPSC korrigiert wurden, werden weiter für die Transplantationstherapie vorbereitet.

Muskel-Stammzellen

Andreas Marg, Silvia Di Francescantonio, Eric Metzler

Bakterielle Nanocellulose: Eine Strategie zur Kultivierung von humane Muskelstammzellen zur Verbesserung von Geneditierungsmethoden

Silvia Di Francescantonio

Die regenerative Kapazität von Muskelstammzellen (Satellitenzellen) macht diese zu einem optimalen Zelltypen für Geneditierung und zell-basierten Therapien von Muskelerkrankungen. Dafür sollten idealerweise Muskelstammzellen von Patienten isoliert und in vitro manipuliert werden. Weiterhin sollten die Zellen während der Expansion die Charakteristika von Stammzellen nicht verlieren, um für autologe Therapien genutzt werden zu können. Wir möchten eine Zellkulturmethode entwickeln, die es möglich macht, humane primäre Myoblasten in vitro zu manipulieren (z.B. durch Geneditierung) ohne sie aufwendig zu expandieren, da dies zum Verlust der einzigartigen Eigenschaften von Stammzellen führt.  Wir können zeigen, dass ein Substrat aus bakterieller Nanocellulose (BNC) Myoblasten für mehrere Wochen bei einer geringen Wachstumsrate hält, ohne dass diese terminal differenzieren. Dadurch ist BNC eine innovative Methode, um langsam teilende Zellen in in vitro Kulturen zu erhalten.

Die CRISPR/Cas9-basierte Geneditierung ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um Muskeldystrophie-auslösende Mutationen (z. B. die Gliedergürteldystrophie 2B) zu korrigieren. Trotzdem bleibt die Reparatur von langsam oder nicht-teilenden Zellen eine große Herausforderung. Wir nutzen BNC als Werkzeug um Strategien zur Geneditierung in primären humanen Myoblasten unterteilenden und nicht-teilenden Bedingungen zu vergleichen.

Satellitenzellen und ihre Heterogenität

Andreas Marg

Muskelreparatur und Regeneration erfordern die Aktivierung von Satellitenzellen. Diese seltenen Muskelvorläuferzellen befinden sich in einer speziellen Nische und sind im gesunden Muskel wahrscheinlich mitotisch inaktiv. Es ist auch unklar, in welchem Maße humane Satellitenzellen heterogen sind und sich in ihrer Genexpression, ihrem myogenem Differenzierungspotential und ihren Stammzelleigenschaften unterscheiden. Unser heutiges Verständnis dieser Zellheterogenität ist nur lückenhaft, die klinische Anwendung dieser Stammzellpopulationen erfordert aber ein umfangreiches Wissen auf diesem Gebiet.

In Zusammenarbeit mit dem “Berlin Institute for Medical Systems Biology” (BIMSB) nutzten wir die Drop-seq-Methode für das schnelle Profiling von Tausenden von Einzelzellen. Nach der Sequenzierung erhielten wir das mRNA-Erpressionsprofil von Tausenden von Satellitenzellen.

Auf der Basis dieser Daten versuchen wir nun mit unterschiedlichen Kultivierungs- und Selektionsmethoden die Zellen zu isolieren, die die besten Voraussetzungen für eine erfolgreiche Therapie von Muskeldystrophien haben.

Aktivierte, humane Satellitenzellen sind heterogen

Entwicklung eines Zell-Therapie-Konzepts basierend auf der Generierung von humanen induzierten Pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) und deren Differenzierung in induzierte myogene Zellen 

Eric Metzler

Humane induzierte pluripotente Stammzellen (hiPSCs) stellen den Schlüssel zu einer uneingeschränkten Anzahl autologer Zellen dar, die zur genetischen Korrektur und zur Regeneration von großen Muskeln benötigt werden. hiPSCs wurden bereits aus diversen Zelltypen generiert. Zudem wurden bereits diverse Protokolle zur Generierung von Muskelzellen oder auch Muskelstammzellen aus hiPSCs etabliert. Dennoch ist das biotechnologische und therapeutische Potential dieser aus hiPSCs induzierten Muskelzellen bisher unklar.

Dieses Projekt hat zum Ziel eine effiziente in vitro Differenzierungs-Strategie zu entwickelt inklusive der Frage, ob der somatische Ursprungszelltyp der hiPSCs einen Einfluss auf ihre Kapazität hat in Muskelzellen zu differenzieren. Final sollen induzierte myogene Zellen generiert werden, die ein hohes Potential zur Muskelregeneration in vivo aufweisen, mit dem Ziel eine therapeutische Strategie für Muskeldystrophie-Patienten zu entwickeln. 

Toxische Myopathien

Joanna Schneider

Epigenetische Veränderungen von Muskelstammzellen und Reparaturmechanismen der DNA-Brüche bei Critical Illness Myopathie

Joanna Schneider

Critical Illness Myopathie (CIM) ist eine in Folge einer kritischen Erkrankung erworbene Muskelschwäche und eine häufige Komplikation einer intensivmedizinischen Therapie. Sie ist charakterisiert durch eine Muskelatrophie, schlaffe Parese und respiratorische Insuffizienz. Nach Verlassen des Krankenhauses kann diese Muskelschwäche bei einigen Patienten über mehrere Jahre andauern, häufig sogar lebenslang, obwohl alle Risikofaktoren wie Sepsis, Hyperglykämie, Medikamente usw. nicht mehr präsent sind. Wir haben die Hypothese aufgestellt, dass die akute Phase der CIM zur epigenetischen Reprogrammierung von Muskelstammzellen führt, was in einer gestörten Muskelregeneration, einer lang persistierenden Myopathie und einer erhöhten Anzahl doppelsträngiger DNA-Brüche (dsDNA) resultiert. Ziel des Projektes ist es, die innerhalb der ersten Tage nach der Ankunft auf der Intensivstation entstandenen, epigenetischen Veränderungen in Muskelstammzellen von CIM-Patienten zu identifizieren und näher zu charakterisieren. Im Rahmen dieses Projektes führen wir eine Analyse des Epigenoms und Transkriptoms sowie eine Analyse des dsDNA-Bruch-Prozesses der aktivierten Satellitenzellen und frühen Myoblasten von CIM-Patienten durch. Das Projekt ist Teil des Clinical Scientist Programms des Berlin Institut für Gesundheitsforschung und der Charité - Universitätsmedizin Berlin.

Anwendungsbezogene Projekte

Biniam Bekele, Janine Kieshauer, Hans-Jürgen Peter, Verena Schöwel-Wolf

MUST-Studie: Muskelstammzelltherapie zur Behandlung von Harninkontinenz bei Epispadie

Biniam Bekele

Die isolierte Epispadie ist die mildeste Form der Exstrophy-Epispadie-Komplex (EEC); eine angeborene Fehlbildungsstörung, die die Mittellinie der Bauch- und Urogenitalstrukturen betrifft. Patienten mit Epispadie haben einen Defekt im Harnschließmuskel, wo Muskelgewebe durch Bindegewebe ersetzt wird. Daher leiden diese Patienten unter lebenslanger Harninkontinenz mit einer Reihe von medizinischen, psychologischen, sozialen und finanziellen Belastungen. Derzeit gibt es keine kausale Therapie, die diesen Defekt beheben könnte.

Der Skelettmuskel besitzt seine eigenen Stammzellen, die Satellitenzellen. Es handelt sich dabei um hoch regenerative Zellen, die in der Lage sind, sich in Myotuben zu differenzieren und mit vorhandenen Muskelfasern zu fusionieren, um neues Muskelgewebe zu bilden. Unser Labor verfügt über mehrjährige Erfahrung in der Herstellung reiner und hoch regenerativer Satellitenzellpopulationen (PHSats, Primäre humane Satellitenzellen).

Derzeit bereiten wir diese erste Humanstudie vor, bei der PHSats zur Reparatur des Sphinkterdefekts bei isolierten Epispadie-Patienten eingesetzt werden sollen. Wir wollen die Sicherheit und Wirksamkeit unseres Produkts demonstrieren, wobei das Erreichen der Harnkontinenz unser Hauptziel ist. Die Aufnahme des ersten Patienten ist für den Winter 2021/22 geplant.

Es handelt sich um eine multizentrische Studie, die in zwei der größten Epispadie-Behandlungszentren Europas durchgeführt wird: der Klinik für Kinderurologie der Universität Ulm und der Klinik für Kinderurologie des Universitätsklinikums Regensburg. Wir stehen auch in engem Kontakt mit der Patientenselbsthilfegruppe Ekstrophie und dem klinischen und wissenschaftlichen Zentrum CURE-Net. Diese Studie wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert und von der Else-Kröner-Fresenius-Stiftung unterstützt.
 

Kindgerechte Information zur Studie

 

Prozess- und Herstellungsvalidierung von humanen Muskelstammzellen als ATMP

Janine Kieshauer

Der Skelettmuskel als größtes Organ des menschlichen Körpers besitzt seine eigene Stammzellpopulation, die sogenannten Satellitenzellen. Die hohe Regenerationsfähigkeit macht die Satellitenzellen zu einer perfekten Quelle für zellbasierte Therapien von Muskelerkrankungen. Wir haben eine neue Technologie entwickelt, die erstmals die millionenfache Vervielfältigung menschlicher Satellitenzellen und gleichzeitig die Verzögerung ihrer Differenzierung in vitro ermöglicht. Wir nennen unser Zellprodukt PHSat (primäres Produkt menschlicher Satellitenzellen). Während der Isolation von PhSats aus Muskelgewebe wird eine Hypothermie-Vorbehandlung genutzt, die ko-isolierte kontaminierende Fibroblasten eliminiert. Ohne die Notwendigkeit einer Zellsortierung sind unsere Zellkolonien zu >98% myogen (desmin-positiv). Das Muskelgewebe wird schonend mechanisch präpariert, eine enzymatische Verdauung findet nicht statt. Auf diese Weise erzeugen wir native (nicht aktivierte) und hoch regenerative Satellitenzellpopulationen. Das regenerative Potenzial von PHSats wurde in präklinischen Wirksamkeitsstudien nachgewiesen: 1. Injizierte PHSats bauen Muskelfasern auf, 2. Sie besiedeln die Nische der Satellitenzellen neu und 3. sie regenerieren den Muskel auch nach einer erneuten Verletzung. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines pharmazeutischen Herstellungsprozesses und damit die Überführung des Produktes PHSat in eine klinische Studie. Dieser Prozess muss unter einer spezifischen Infrastruktur erfolgen, wobei höchst standardisierte Parameter festgelegt werden müssen, um das Produkt zur behördlichen Freigabe bestmöglich zu charakterisieren. Dieses konnte durch die Förderung von Pregobio ermöglicht werden.

Momentan befindet sich das Produkt in einer präklinischen Studie, wobei es auf mögliche schädliche Wirkung getestet wird. Diese Daten sind essentiell zum Start der klinischen Studie und wurde durch die Förderung von Spark ermöglicht.

 

Etablierung einer nach GMP-Standards validierten Serienproduktion von Schablonen und Unterlagen aus Bakterieller Nano-Cellulose für die Langzeitkultivierung adulter als auch Stammzelllinien (z.B. Myoblasten)

Hans-Jürgen Peter

Das Hauptziel der Muskelforschungsgruppe um Frau Professor Simone Spuler am Experimentellen Klinischen Forschungszentrum der Charité und des Max-Delbrück-Zentrums ist die Gentherapie an pluripotenten Stammzellen (Satellitenzellen und Myoblasten) zur Behandlung der vegetativen Muskeldystrophie und anderer progredienter Erkrankungen der Skelettmuskulatur. Diese Stammzellen werden aus Patientenbiopsien gewonnen. Doch bedauerlicherweise proliferieren und differenzieren sich diese Zellen in konventionellen Kunststoffgefäßen sehr schnell zu adulten Muskelfaser-Zellen. Für die Evaluierung einer wirksamen gentechnischen Reparatur z.B. mithilfe des CRISPR/Cas9-Systems geht das oft zu schnell. Für einige Zell-Linien wie Chondrozyten ist aber bereits gezeigt worden, dass sowohl Stammzellen als auch adulte Zellen auf Unterlagen aus bakterieller nanokristalliner Cellulose über mehrere Wochen im nicht proliferierenden Zustand kultiviert werden können. Auch Myoblasten bleiben in der G0-Phase außerhalb der Zellteilungsaktivität auf bakterieller nano-kristalliner Zellulose als Kulturunterlage bis zu 6 Wochen am Leben. Möglicherweise simuliert die BNC aufgrund ihrer Oberflächenfeinstruktur eine natürliche Umgebung, die diese von abnormen physiologischen Verhaltensänderungen abhält.

Cellulose ist ein b-1,4-glycosidisch gebundenes Glucose Polymer und das terrestrisch am Häufigsten vorhandene organische Makromolekül pflanzlichen Ursprungs. Gewonnen wird es in der Regel von schnellwachsenden, meist verholzenden Kulturpflanzen, wie Hanf, Fichten oder Bambus. Die Cellulose jedoch in Reinform zu erhalten geht mit einer sehr hohen Umweltbelastung und Wassergefährdung einher, da pflanzliche Zellulose als Komponente der Zellwand generell mit anderen Makromolekülen wie z.B. Lignin vernetzt vorliegt.

Im Gegensatz dazu synthetisieren verschiedene Essigsäurebakterien zwar die Zellulose, bauen sie aber nicht in ihre Zellwand ein, sondern setzen sie in reiner Form ins Außenmedium frei. Es bedarf nur noch der Wäsche von Rückständen des Kulturmediums mit milden Laugen. Des Weiteren zeigt die bakterielle Cellulose eine weitaus höhere kristalline Struktur als pflanzliche Zellulose. Einziger Nachteil ist die lange Inkubationszeit zum Ausbrüten der Zellulose im präparativen Maßstab und vor allem das Problem, dass die meisten Gluconacetobacter-Stämme genetisch instabil sind und sehr schnell die Fähigkeit zur Cellulose Bildung verlieren. Daher gibt es bisher noch keine bakterielle Cellulose zu kaufen.

Unser Anliegen ist es, eine stabile Serienproduktion von BNC-Scheiben speziell für die Zellkultur zu etablieren. Das ist uns kürzlich mittels eines neu formulierten Mediums auf Basis von Tee-Extrakten mit Gluconacetobacter sucrofermetans gelungen. Es ist nun möglich Cellulosesheets in jeder 2-dimensionalen Form und Größe auszubrüten und zu reinigen, Fig.1.

Fig.1 “Sauber!” lächelt die Cellulose, welches zeigt, dass jede Form mit BNC erzeugt werden kann.

Damit ist das erste Ziel schon fast erreicht: die serielle biotechnologische Fertigung von BNC-Unterlagen, passend für 6-, 12-, oder 24-well Platten wie in Fig. 2 dargestellt.

Fig.2 Lasercut und serielle Montage von BNC-Zellkulturunterlagen auf Spannringe.

Das zweite Ziel ist die Etablierung einer Qualitätskontrolle in der Serienfertigung dieser BNC-Discs für die Zellkultur und deren Validierung nach den Regeln der Good Manufactory Praxis.

Des Weiteren will ich testen, ob vielleicht phenolische Inhaltsstoffe aus den Teeblättern oder nur der pH-Wert die Cellulosebiosynthese in den Bakterien stabilisieren. Der Fokus richtet sich dabei auf die Expression des Cellulose-Synthase-Enzymkomplexes (CeS).

Ein Fernziel ist auch die Entwicklung komplexerer, 3-dimensionaler Formen aus BNC als Schablonen und Gerüste für den in vitro Aufbau größerer Muskel-Organoide aus Muskelfasern, die aus gentechnisch reparierten, pluripotenten Stammzellen generiert worden sind. Solche könnte man später vielleicht dem Patienten als Ersatz für komplett verloren gegangene oder nicht vorhandene Muskeln implantieren. Für solche Versuche arbeite ich z.Zt. am Entwurf und der Konstruktion spezieller Fermenter.

Muskelstammzellen als ATMP 

Verena Schöwel-Wolf

Muskelschwund ist bis heute nicht therapierbar. Allein in der EU sind über 6 Millionen Menschen aufgrund unterschiedlichster Grunderkrankungen davon betroffen. Die Sarkopenie oder genetisch bedingten Muskeldystrophien führen zu einer generalisierten Muskelschwäche. Bei einer Harninkontinenz oder einer Zwerchfellschwäche sind nur einzelne Muskeln nicht funktionsfähig. Trotzdem führt auch so ein isolierter Muskeldefekt zu einer dramatischen Beeinträchtigung der Lebensqualität und kann lebensbedrohlich sein.

Der Skelettmuskel besitzt seine eigenen Stammzellen, die Satellitenzellen. Sie sind für die hohe Regenerationsfähigkeit des Organs Skelettmuskel verantwortlich. Unsere USP ist die Technologie zur Herstellung hoch regenerativer Satellitenzellen. Unsere Innovation ermöglicht erstmals den hoch standardisierten und effektiven Einsatz dieser Satellitenzellen in der regenerativen Medizin (PHSats, primäre humane Satellitenzellen). Unser Ziel ist die Entwicklung von Satellitenzelltherapien (-/+ Gentechnik) zur Behandlung von Muskelkrankheiten (Abbildung).

Wir haben den ATMP-Markt analysiert und Fallstricke im Rahmen einer ATMP- Produktentwicklung identifiziert. Wir haben eine Strategie zur Stammzelltherapieentwicklung bei Muskelkrankheiten ausgearbeitet. Diese strategische Produktentwicklung wurde im Rahmen des Science4Life Businessplan-Wettbewerbs 2019 ausgezeichnet.

Wir bereiten derzeit eine Erstanwendung eines PHSat Produktes im Menschen vor.  Die Vorbereitung der Studie wird durch das Translatorik-Programm der Else-Kröner-Fresenius-Stiftung unterstützt. Ziel ist es hier, einen pränatal unvollständig entwickelten Blasenschließmuskel zu rekonstruieren und eine ansonsten lebenslange Harninkontinenz zu therapieren. Die Finanzierung der Studie ist durch öffentliche Förderung sichergestellt (Bundesministerium für Bildung und Forschung). Der erste Patient soll im Winter 2021/22 in die Studie aufgenommen werden.

Darüber hinaus wird die Satelliten-Zelltherapie (primäre und iPS-Zellen) mit Gen-Engineering-Strategien kombiniert und eine Pipeline zur Behandlung einer Vielzahl genetisch bedingter Muskeldystrophien entwickelt.​​​​​​

Klinische Forschung

  • Internationale klinische Studie zum natürlichen Verlauf von Dysferlinopathien
  • Muskelstoffwechsel bei fascioskapulohumeraler Muskeldystrophie
  • Kardiale Beteiligung bei fascioskapulohumeraler Muskeldystrophie

Veröffentlichungen

Patienten

Die Hochschulambulanz (HSA) für Muskelkrankheiten der Charité bietet in enger Zusammenarbeit mit Hausärzten und einweisenden Fachärzten spezialisierte Hilfe bei der Diagnostik und Langzeit-Betreuung von Patienten mit Muskelkrankheiten an. Die Überweisung in die HSA ist von Ärztinnen und Ärzten aller Fachgebiete möglich.

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