Der Biotechnologe Dr. Mark-Christian Jaboreck forscht seit 2017 an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) in der DZL-Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Ulrich Martin. Die Etablierung und Charakterisierung eines auf humanen induzierten pluripontenten Stammzellen (hiPSC)-basierten Modells von Mukoviszidose-Lungen war Hauptbestandteil seiner Doktorarbeit. Anfang 2023 hat er seine Doktorarbeit beendet und setzt seitdem das Projekt als PostDoc fort, um das Modell zu verbessern, zu erweitern und alternative Therapieansätze zu untersuchen.

Mukoviszidose (Zystische Fibrose; CF) PatientInnen leiden an einer seltenen, vererbbaren Erkrankung, welche chronische Infektionen und Entzündungen der Atemwege verursacht und zu einem kontinuierlichen und irreparablen Verlust der Lungenfunktion führt. In den Arbeitsgruppen der DZL Wissenschaftler Prof. Dr. Ulrich Martin und PD Dr. Ruth Olmer in den Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEABO) an der MHH hat man es sich zum Ziel gesetzt, neuartige Krankheitsmodelle zu entwickeln und somit die Erforschung und Therapie von CF zu verbessern.

Das LEBAO ist darauf spezialisiert, unter Einsatz von humanen induzierten pluripontenten Stammzellen (hiPSCs) Krankheiten, wie z.B. CF, in verschiedensten Geweben und Organen zu studieren. Gegenüber anderen Krankheitsmodellen bieten hiPSCs enorme Vorteile, da sie problemlos sowohl von gesunden als auch erkrankten SpenderInnen durch Reprogrammierung von somatischen Zellen generiert werden können. Sie stellen eine unerschöpfliche Zellquelle dar und können in alle Zelltypen des menschlichen Körpers differenziert werden. Da hiPSCs bislang nur in sehr wenigen Studien zur Erforschung der Lungenerkrankung in CF genutzt worden sind, sollte die Studie aus den Arbeitsgruppen von Prof. Martin und PD Olmer den dringend benötigten Nachweis der Nützlichkeit von hiPSCs in der CF Forschung erbringen.

Zu diesem Zweck wurden gesunde und CF-Patienten-spezifische hiPSCs in respiratorische Epithelzellen in Air-Liquid-Interface-Kulturen (sogenannte iALI Kulturen) differenziert. Diese iALI Kulturen zeigten eine hohe Ähnlichkeit zu primären respiratorischen Epithelzellen und bildeten charakteristisch schlagende Zilien sowie eine bedeckende Schleimschicht. In Kooperation mit verschiedenen Mitgliedern des DZL (Prof. Dr. Marcus Mall, PD Dr. Frauke Stanke und Dr. Jan Hegermann) konnten erfolgreich molekulare und funktionelle Analysen durchgeführt werden die belegten, dass CF iALI Kulturen den typischen Defekt des transepithelialen Ionentransportes sowie der Zilien- und Schleimschichtfunktion aufwiesen und somit das Krankheitsbild von CF in vitro wiederspiegelten. Weiterhin zeigte die Anwendung von klinisch zugelassenen CF-Medikamenten (CFTR Modulatoren), dass der in CF-iALI-Kulturen beobachtete Defekt teilweise behoben werden konnte.

Mithilfe dieser Grundlagenarbeit beabsichtigen die Forschenden des LEBAOs, nun hiPSC mit anderen Technologien, wie CRISPR/Cas9, zu kombinieren und somit innovative Studien durchzuführen, bisher fehlende Erkenntnisse über CF und dessen Einflussfaktoren zu erlangen und somit neuartige Medikamente und Therapien zu entwickeln. Mark-Christian Jaboreck wird in seiner Zeit als PostDoc aktiv hieran mitwirken.

Text: BREATH/ MC Jaboreck

Foto: Ben Kilb