Wie kleine Eilande sitzen sie in der Bauchspeicheldrüse und haben so auch ihren Namen erhalten: Inselzellen. Nach ihrem Entdecker Paul Langerhans, einem deutschen Mediziner, werden sie auch Langerhans-Inseln genannt. Zu den wichtigsten Aufgaben dieser Zellen, von denen es fünf verschiedene Sorten gibt, gehört die Produktion von Hormonen, die den Blutzucker regulieren.

Alpha-Zellen beispielsweise bilden das Hormon Glukagon. Dieses bewirkt, dass Zuckerreserven aus der Leber ins Blut abgegeben werden. Dadurch steigt der Blutzuckerspiegel an. Der Gegenspieler von Glukagon ist das Hormon Insulin, das in den Beta-Zellen entsteht. Insulin lässt Zucker aus dem Blut in die Körperzellen einwandern, wo er der Energiegewinnung dient. Das lässt den Blutzuckerwert sinken.

Forscherteam um Pedro Herrera konnte Alpha- in Beta-Zellen umwandeln

Bei Menschen mit Typ-1-Diabetes greift das Immunsystem die Beta-Zellen irrtümlich an. Dadurch kann der Körper keine ausreichenden Mengen Insulin produzieren, weshalb Patienten mit dieser Form der Zuckerkrankheit ihren Blutzucker mehrmals am Tag kontrollieren und das Hormon ein Leben lang von außen zuführen müssen.

Eine neue Studie weckt nun die Hoffnung, dass genau das eines Tages überflüssig werden könnte. Denn einem internationalen Forscherteam um Pedro Herrera von der Abteilung für genetische Medizin und Entwicklung an der Medizinischen Fakultät der Universität Genf in der Schweiz ist es gelungen, menschliche Alpha-Zellen mit ein paar genetischen Tricks in Beta-Zellen zu verwandeln.

Bei Mäusen klappt es schon

Transplantierten die Wissenschaftler ihre manipulierten Zellen in die Bauchspeicheldrüse von Mäusen mit Typ-1-Diabetes, begannen die Zellen bei einem erhöhten Blutzuckerspiegel der Tiere – zum Beispiel nach einer Mahlzeit – Insulin zu produzieren. Wie Herrera und seine Kollegen im Wissenschaftsmagazin Nature berichten, ließen dadurch die Krankheitssymptome bei den Tieren nach.

„Diese exzellente und technisch höchst anspruchsvolle Studie zeigt zum ersten Mal, dass menschliche Glukagon herstellende Alpha-Zellen in Insulin produzierende Zellen umgewandelt werden können“, sagt Bengt-Frederik Belgardt, der stellvertretende Direktor des Instituts für Vaskular- und Inselzellbiologie am Deutschen Diabetes-Zentrum (DDZ) in Düsseldorf.
Auch nach der Transplantation in Mäuse gaben die Zellen mehrere Monate lang signifikante Mengen an Insulin ab.

Mithilfe modernster molekularer Methoden haben die Forscher um Herrera gezeigt, inwiefern sich die einstigen Alpha-Zellen veränderten: „Sie weisen viele Merkmale von Insulin produzierenden Beta-Zellen auf, aber auch immer noch einige Merkmale von Alpha-Zellen“, sagt Belgardt.
Für eine mögliche Therapie der Zukunft könnte sich das als Vorteil herausstellen. Denn einige Kurzzeit-Experimente der Studie deuten darauf hin, dass die reprogrammierten Alpha-Zellen gegen die Attacken des Immunsystems resistenter sein könnten als Beta-Zellen. Noch sei allerdings unklar, sagt Belgardt, ob die verwandelten Zellen dadurch im Körper nur ein paar Tage oder vielleicht sogar viele Jahre länger als gewöhnliche Beta-Zellen überleben würden.

Blutzuckerspiegel der Mäuse stabilisierte sich

In früheren Experimenten hatte das Team um Herrera bereits herausgefunden, dass sich Alpha- und andere Inselzellen von Mäusen, die gewöhnlich kein Insulin produzieren, in Beta-Zellen verwandeln können, wenn man diese zuvor zerstört. Ob menschliche Inselzellen über ähnliche Eigenschaften verfügen, war bisher unklar. Beobachtet hatte man eine solche Plastizität der Zellen noch nie.

Für ihre jüngsten Untersuchungen verwendeten Herrera und seine Kollegen daher Alpha- und Gamma-Zellen menschlicher Spender. Ein Teil dieser Spender war gesund, andere hatten Diabetes. Mithilfe von zwei für Beta-Zellen typischen Transkriptionsfaktoren – das sind Proteine, die bewirken, dass bestimmte Gene im Zellkern abgelesen und dadurch die entsprechenden Genprodukte hergestellt werden – gelang es den Forschern tatsächlich, auch die humanen Alpha- und Gamma-Zellen so zu reprogrammieren, dass sie wie Beta-Zellen anfingen, Insulin zu produzieren.
Anschließend transplantierten die Wissenschaftler die Zellen unterschiedlicher Spender in speziell gezüchtete Mäuse mit Typ-1-Diabetes.

Daraufhin normalisierten sich in den Tieren sowohl der Blutzuckerspiegel generell als auch die Glukosetoleranz. Letzteres bedeutet, dass die Mäuse im Anschluss an eine zuckerreiche Mahlzeit so viel Insulin produzierten, dass ihr Blutzucker in einem Zeitraum, wie ihn auch gesunde Tiere aufweisen würden, wieder sank. Alle Effekte hielten in den Experimenten bis zu sechs Monate lang an.

Beta-Transplantationen funktioniert bei schweren Diabetikern nur beschränkt

„Und so wie wir erwartet hatten, wurden die Mäuse erneut diabetisch, wenn wir ihnen die transplantierten menschlichen Zellen wieder entfernten“, berichtet Herrera. Darüber hinaus habe man bei allen Tieren unabhängig davon, ob die Spender der transplantierten Inselzellen Diabetiker gewesen seien oder nicht, ähnliche Ergebnisse beobachten können, sagt der Wissenschaftler. „Das zeigt uns, dass die Plastizität der Zellen durch die Krankheit nicht beeinträchtigt wird.“

Bei Patienten mit besonders schwerem Diabetes, der sich medikamentös kaum kontrollieren lässt, unternehmen Mediziner vereinzelt schon seit vielen Jahren Versuche, die Erkrankung durch eine Transplantation von Beta-Zellen gesunder oder bereits verstorbener Spender zu lindern. Das allerdings funktioniert nur mit Einschränkungen.

„Da die Spender-Inseln vom Immunsystem als fremd erkannt werden, muss der Patient Medikamente zur Unterdrückung der Körperabwehr einnehmen“, erläutert Belgardt. Dies habe zum einen starke Nebenwirkungen. „Zum anderen versagen diese transplantierten Inseln nach einigen Jahren ebenfalls.“ Es sei daher höchst unwahrscheinlich, dass eines Tages allen Diabetes-Patienten auf diesem Wege geholfen werden könne, befürchtet der DDZ-Forscher.

Ein erster Schritt ist mit Herreras Studie gemacht

Das sieht sein Schweizer Kollege Herrera ähnlich. Gerade deshalb sei es eine verlockende Idee, die regenerativen Fähigkeiten des Körpers, sprich die Verwandlungsfähigkeit der Inselzellen, für medizinische Zwecke zu nutzen, sagt er. Allerdings seien noch viele Hürden zu nehmen, bis sich aus den Ergebnissen ihrer Studie tatsächlich eine Therapie ableiten lasse, räumt Herrera ein: Zunächst müsse man einen Weg finden, entweder mithilfe eines Medikaments oder einer Gentherapie mit Viren eine Reprogrammierung von Inselzellen in der Bauchspeicheldrüse der Patienten einzuleiten, ohne andere Zelltypen dadurch ebenfalls in ihren Funktionen zu verändern.
Klinische Anwendung lange hin

„Meines Erachtens gibt es zurzeit noch keine einzige zugelassene Therapie, die eine Umwandlung eines Zelltyps in einen fundamental anderen Zelltyp bewirkt“, sagt Belgardt. Viele Fragen müssten daher jetzt weiter erforscht werden. Zum Beispiel, ob ein Wirkstoff gefunden werden könne, der nur Alpha-Zellen, aber keine anderen Körperzellen reprogrammiere und auch sonst keine Nebenwirkungen habe. Und ob man diesen Wirkstoff dann auch so dosieren könne, dass nicht alle Glukagon produzierenden Zellen in Insulin herstellende Beta-Zellen verwandelt würden.

Es werde mit Sicherheit ein langer und schwieriger Weg, um die Verwandlungsfähigkeit der Langerhans-Inseln für die Therapie von Diabetes zu nutzen, lautet daher das übereinstimmende Fazit der Experten. Doch immerhin: Ein erster Schritt ist mit der neuen Studie von Herrera und seinem Team gemacht.