Optimierungsstrategien für den klinischen Einsatz der Leberzelltransplantation

Die Lebertransplantation ist gegenwärtig die einzig verfügbare Therapie im fortgeschrittenen Stadium von chronischen Lebererkrankungen, in der Korrektur genetischer Störungen und in der Behandlung des akuten Leberausfalls. Der großen Zahl von Patienten, die auf eine lebensrettende Transplantation warten, steht derzeit aber eine begrenzte Verfügbarkeit von geeigneten Spenderorganen gegenüber. Die Entwicklung neuer Therapieansätze in der Transplantation ist daher dringend notwendig. Eine wegweisende Erweiterung der therapeutischen Möglichkeiten könnte in naher Zukunft durch die Entwicklung und den klinischen Einsatz von Zelltherapieverfahren gelingen. Eine der Möglichkeiten zum alternativen Leberersatz stellt die funktionelle Repopulation des erkrankten Organs durch transplantierte Zellen dar, um die biologische Funktion des geschädigten Organs zu verbessern oder gar zu reparieren.

Als primäre Indikation für die Zelltherapie kämen insbesondere Krankheiten mit nur geringem Leberschaden wie hereditärer Stoffwechseldefekte (z.B. Crigler-Najjar-Syndrom), Defekte der Harnstoffsynthese oder die familiäre Hypercholesterinämie in Betracht. Spenderleberzellen würden nach Infusion über das Pfortadersystem in ein weitgehend intaktes Lebergerüst implantieren und hätten dort günstige Voraussetzungen zum Anwachsen in Abhängigkeit von der Konditionierung (vorbereitendenden Stimulation) der Empfängerleber. Da aber auch hochwertige Hepatozyten als Zellressource limitiert sind, müssen Strategien zur Optimierung der Leberzelltransplantation entwickelt werden. Folgende experimentelle Ansätze werden untersucht:

Das Empfängerorgan wird so konditioniert, dass die wenigen, transplantierten Zellen gegenüber den endogenen Leberzellen einen selektiven Wachstumsvorteil mit dem Ziel der quantitativen Organrepopulation erhalten.
Die Spenderzellen werden vor der Transplantation vermehrt und/oder auf die Integration und Proliferation in der Empfängerleber vorbereitet.

In der Arbeitsgruppe werden experimentelle Techniken zur Leberzelltransplantation mit anschließender Organrepopulation im Rattenmodell entwickelt. Als konditionierender Stimulus wird die Empfängerleber mit Retrorsin (Agens zur Blockierung der endogenen Leberzellteilung), selektiver Leberbestrahlung und Leberteilresektion oder regionaler Ischämie vorbehandelt. In Kooperation mit Prof. Irmelin Probst wird das "Stammzell- und Differenzierungspotential" adulter Hepatozyten in vitro und in vivo untersucht.

Große Cluster von Spenderzellen sind 16 Wochen nach Transplantation in der Empfängerleber (nach Vorbereitung mit Bestrahlung und Leberteilresektion) darstellbar. Immunfluoreszenzfärbungen zum Nachweis der DPPIV-positiven Spenderzellen in rot, interzelluläre Kontakte (Connexin 32) in grün und Kernfärbung mit DAPI in blau, Originalvergrößerung 100-fach.

Mikroanatomische Architektur der Leber mit Leberstammzellen (Ovalzellen), die in räumlicher Assoziation zum Portalfeld kurz vor Einmündung der kleinen Gallengänge proliferieren. Die Leber ist aus hexagonalen Läppchen aufgebaut, die in der Peripherie von Portalfeldern begrenzt werden und im Zentrum die Zentralvene aufweisen

Arbeitsgruppenleitungen / Group Leaders

PD Dr. med. Sarah König
Dr. rer. nat. Petra Krause

Kooperationen / Cooperations

Prof. Dr. rer. nat. Irmelin Probst, Abt. Biochemie I, Universitätsmedizin Göttingen
Prof. Dr. med. Hans Christiansen, Dr. rer. nat. Margret Rave-Fränk, Prof. Clemens F. Hess Abt. Radioonkologie, Universitätsmedizin Göttingen
Prof. Bruno Christ, Nachwuchsgruppe Hepatozytentransplantation - Universitätsklinik und Poliklinik für Innere Medizin I, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
PD Dr. J. Meyburg, Universitätsklinik für Kinder und Jugendmedizin, Universitäts-klinikum Heidelberg
Prof. M. Ott, Abteilung Gastroenterologie, Hepatologie und Endokrinologie (Direktor: Prof. Dr. med. Michael P. Manns),
Arbeitsgruppe Zell und Gentherapie , Medizinische Hochschule Hannover
Dr. E. Laconi, MD, Ph.D. University of Cagliari & Oncology Hospital "A Businco", Cagliari, Italy

Drittmittelförderung / Funding

Cytonet GmbH & Co KG, Weinheim, 2006 - at present
DFG, Priority Program SPP 1109‚ Stem Cells, 2002 - 2005

Fakultätsinterne Förderung / Internal Faculty Funding

Anschubfinanzierung, Forschungsförderungsprogramm 2000
Schwerpunktförderung, Forschungsförderungsprogramm 2002

Publikationen

Original articles

Doratiotto S, Krause P, Serra MP, Marongiu F, Koenig S and Laconi E (2011). The growth pattern of transplanted normal and nodular hepatocytes. Histochem Cell Biol 135:581-591.
Krause P, Wolff HA, Rave-Frank M, Schmidberger H, Becker H, Hess CF, Christiansen H, Koenig S (2011). Fractionated External Beam Radiotherapy as a Suitable Preparative Regimen for Hepatocyte Transplantation After Partial Hepatectomy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 80:1214-1219.
Krause P, Bobisch NS, Thelen P, Koehler K, Koenig S, Becker H, Leister I (2011). The plasminogen-activator-inhibitor-system in colon cancer cell lines is influenced by the CO2-pneumoperitoneum. Int J Colorectal Dis 26:37-43.
Koenig S, Yuan Q, Krause P, Christiansen H, Rave-Fraenk M, Kafert-Kasting S, Kriegbaum H, Schneider A, Ott M, Meyburg J (2011). Regional transient portal ischemia and irradiation as preparative regimen for hepatocyte transplantation. Cell Transplant 20:303-3011.
Krause P, Rave-Fränk M, Wolff HA, Becker H, Christiansen H, Koenig S (2010). Liver sinusoidal endothelial and biliary cell repopulation following irradiation and partial hepatectomy. World J Gastroenterol 16: 3928-3935.
Krause P, Wätzig E, Acil H, König S, Unthan-Fechner K, Tsikas D, Probst I (2010). Role of carbon monoxide and nitric oxide in adult rat hepatocytes proliferating in vitro: Effects of CAS 1609. Nitric Oxide 23:220-226.
Krause P, Saghatolislam F, Koenig S, Unthan-Fechner K, Probst I (2009). Maintaining hepatocyte differentiation in vitro through co-culture with hepatic stellate cells. In Vitro Cell Dev Biol Anim, 45:205-212.
Koenig S, Krause P, Hosseini AS, Dullin C, Rave-Fraenk M, Kimmina S, Hermann RM, Hess CF, Becker H, Christiansen H (2009): Non invasive imaging of liver repopulation following hepatocyte transplantation. Cell Transplant, 18(1):69-78.
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Koenig S, Krause P, Becker H, Probst I (2006): Zonal hierarchy of differentiation markers and nestin expression during oval cell mediated liver regeneration. Histochem Cell Biol 126:723-734.
Christiansen H*, Koenig S*, Krause P, Hermann RM, Rave-Frank M, Proehl T, Becker H, Hess CF, Schmidberger H (2006): External beam radiotherapy as preparative regimen for hepatocyte transplantation following partial hepatectomy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 65, 509-516 *equal authorship
Koenig S, Krause P, Drabent B, Schaeffner I, Christ B, Schwartz P, Unthan-Fechner K, Probst I (2006): The expression of mesenchymal, neural and haematopoietic stem cell markers in adult hepatocytes proliferating in vitro. J Hepatol 44:1115-1124.
Koenig S, Stoesser C, Krause P, Becker H, Markus PM (2005): Liver repopulation after hepatocellular transplantation - integration and interaction of transplanted hepatocytes in the host. Cell Transplant 14, 31-40.
Aurich H*, Koenig S*, Schneider C, Walldorf J, Krause P, Fleig WE, Christ B (2005): Functional characterization of serum-free cultured rat hepatocytes for downstream transplantation applications. Cell Transplant 14, 497-506 *equal authorship