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Dr.Barbara Hansen Fachhochschule Lausitz, Senftenberg Leben in vitro Biotechnologie verändert unser Leben.

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Präsentation zum Thema: "Dr.Barbara Hansen Fachhochschule Lausitz, Senftenberg Leben in vitro Biotechnologie verändert unser Leben."—  Präsentation transkript:

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2 Dr.Barbara Hansen Fachhochschule Lausitz, Senftenberg Leben in vitro Biotechnologie verändert unser Leben

3 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Was ist Biotechnologie? Biotechnologie kann man heute beschreiben, als den interdisziplinären Ansatz biologische Systeme zu erforschen und die gewonnenen Erkenntnisse praktisch anzuwenden.

4 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

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6 Chymosin (Labferment) früher:Isolierung aus Kälbermägen heute: rekombinante Herstellung in Escherichia coli

7 Lactobacillus Bifidobacterium Streptococcus Lichtmikroskop Elektronenmikroskop Was lebt im Joghurt ?

8 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

9 Biotechnik in der Medizin heute - heute gentechnisch hergestellte (rekombinante) Arzneimittel -heute und morgen zellbasierte Arzneimittel -die Zukunft Ersatzteillager Stammzellen ? Aktuelles Thema

10 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Was sind rekombinante Arzneimittel ? Werden von lebenden Zellen (Mikroorganismen oder Zellinien) produziert Die Information für den Wirkstoff (Protein) wurde in Form neukombinierter DNA in die Produktionszellen eingebracht

11 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Warum rekombinante Arzneimittel? Bei Nutzung natürlicher Quellen hat man oft ein Mengenproblem Die Gefahr durch Kontaminationen ist groß Bei Verwendung tierischer Quellen besteht das Risiko einer Immunreaktion gegen das Arzneimittel

12 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Heute sind in Deutschland etwa 60 Arzneimittel mit 42 gentechnisch hergestellten Wirkstoffen zugelassen Aktilyse (Thomae)t-PA Recombinate (Baxter)Faktor-VIII SAIZEN (Serono)Somatotropin Erypo (Cilag)Erythropoetin Rekombinante Arzneimittel

13 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz

14 Was ist Erythropoetin und welche Funktion hat es? Körpereigenes Hormon Produktion in der Niere Stimuliert die Bildung roter Blutkörperchen aus Vorläuferzellen (hämatopoetische Stammzellen)

15 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Wo wird Erythropoetin in der Therapie eingesetzt? Bei chronischer Nierenunterfunktion Bei Krebspatienten Bei Frühgeborenen Bei Blutarmut

16 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Missbrauch von Erythropoetin Im Hochleistungssport zu Verbesserung von Ausdauerleistungen z.B. im Radsport Problem:da es sich um ein körpereigenes Hormon handelt, ist es nicht nachweisbar Nachweis über Hämatokrit > 50

17 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Woher bekommt man große Mengen Erythropoetin?

18 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Wie sieht Erythropoetin aus? Glycoprotein 34 kDa 193 Aminosäuren vor der Sekretion innerhalb der Zellen 166 Aminosäuren nach der Sekretion außerhalb der Zellen 27 Aminosäuren Signalsequenz, die abgeschnitten werden

19 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz H2NH2N COOH AS 24 AS 38 AS 83 AS 126 Kohlenhydrat-Seitenkette AS AS Disulfidbrücke

20 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Wie gewinnt man Erythropoetin? Früher aus humanem Urin, für die Behandlung eines Patienten waren pro Jahr 1,6 Mill. Liter Urin notwendig. Herstellung in Bakterien nicht möglich wegen fehlender postranslationaler Modifikation Heute großtechnische Produktion in Säugerzellen (CHO)

21 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Zellbasierte Arzneimittel Therapie durch Einsatz von Zellen? Heute und morgen

22 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Zellbasierte Arzneimittel Anwendungsgebiete Gewebe-Regeneration, z.B. Knochen, Knorpel, Haut keine gebrauchsfertigen Arzneimittel, die auf Vorrat produziert werden können Herstellung individuell für den einzelnen Patienten Strukturelle Reparatur, z.B. Gefäßtransplantat

23 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Ein Blick ins Knie Kreuzband Meniskus Gelenkknorpel

24 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Schäden am Gelenkknorpel Unfall lokal begrenzter Schaden unterschiedlicher Größe, übriges Knorpelgewebe gesund Degenerative Erkrankung gestörtes Gleichgewicht zwischen Abbau und Neusynthese der Matrix Abnutzung des Knorpels (veränderte Oberfläche, verringerte Dicke) Entzündliche Erkrankung chronisch fortschreitend und systemisch Immunzellen spielen eine Rolle TraumaArthrose Rheumatoide Arthritis

25 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz wenige Zellen hoher Matrixanteil Collagen – Fasern knorpeltypische Makromoleküle mit Wasserspeicher-Kapazität Eigenschaften von Gelenkknorpel

26 Knorpel, Knie, Gefrierschnitt 8 µm, Safranin O-Färbung Matrix Knorpelzelle

27 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Knorpelschäden können nicht von selbst heilen. Knorpel hat keine Fähigkeit zur Regeneration. Knorpelzellen können sich in vivo nicht vermehren. Nur der Abbau von Knorpel kann durch Medikamente verlangsamt werden.

28 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Knorpel-Zell-Transplantation (ACT = Autologe Chondrocyten Transplantation) - patienteneigenes Gewebe wird entnommen - Knorpelzellen werden isoliert, im Labor vermehrt und anschließend transplantiert - Neubildung von Knorpelgewebe aus den injizierten Zellen im Körper bioaktive Kammer

29 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Knorpel-Zell- Transplantation

30 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Zellen & Träger zweite Generation der zellbasierten Arzneimittel in vitro hergestelltes Zell-Matrix- Konstrukt Eine Zellsuspension wird in ein 3-dimensionales artifizielles Trägergerüst eingebracht

31 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz 3-dimensionales in vitro Gewebe dritte Generation der zellbasierten Arzneimittel ohne Verwendung von Trägergerüsten N E U Autolog hergestelltes Gewebe Struktur & Funktion entsprechend den Vorgaben der Chondrozyten

32 Problem: sehr lange Rehabilitationszeit von 6 Monaten bei ACT mit Zellsuspensionen Forschungsansatz: Der Patient bekommt nicht einzelne Zellen transplantiert, sondern fertiges Knorpelgewebe Sphäroid aus Knorpelzellen Durchmesser 1 mm

33 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Ersatzteillager Stammzellen? morgen

34 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Was sind Stammzellen und warum sind sie so wichtig? Was sind die Unterschiede zwischen verschiedenen Stammzellen? Wie werden Stammzellen gewonnen? Was sind die potentiellen Anwendungen menschlicher Stammzellen

35 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Zellen, die die Fähigkeit besitzen,sich selbst beliebig oft durch Zellteilung zu reproduzieren & die sich zu spezialisierten Zellen entwickeln können Stammzellen Was sind Stammzellen ?

36 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Warum sind Stammzellen so wichtig? Biologische Bedeutung der Stammzellen aus diesen Vorläuferzellen entstehen die verschiedensten Gewebe (fötale Entwicklung) Ersatz von Zellen, deren normale Lebenszeit abgelaufen ist oder die durch Verletzung oder Krankheit verloren gingen (im ausgewachsenen Organismus) Grundstock zur Entwicklung neuen Lebens (frühe Embryonalentwicklung)

37 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Warum sind Stammzellen so wichtig? Leukämie Parkinson Herzinfarkt Diabetes

38 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz embryonal - adult multipotent pluripotent Blastocyste: innere Zellmasse befruchtete Eizelle & erste Zellen totipotent weitere Spezialierung Stammzellen, die in ihrer Differenzierungs-Richtung festgelegt sind Embryonale Stammzellen Adulte Stammzellen

39 xx Nabelschnurblut Stammzellen Zellentnahme zur Präimplantations- diagnostik (PID) Embryonale Stammzellen Adulte Stammzellen

40 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Adulte Stammzellen adulte (somatische) Stammzellen Proliferation & Differenzierung zu spezialisierten Zelltypen des Gewebes / Organs undifferenzierte Zellen in einem Gewebe oder Organ adulte Stammzellen sind in sehr vielen Geweben gefunden worden zur Zeit im Test: eignen sie sich für Tansplantationen?

41 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Transdifferenzierung / Plastizität

42 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Adulte Stammzellen Zelltherapie bei Herzinfarkt Gewebe-Regeneration

43 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Stammzellen – eine Gegenüberstellung embryonale pluripotent große Zellzahlen problemlos im Labor zu erhalten Gewinnung erfordert die Zerstörung von Embryonen ethisches Problem adulte Gewinnung teilweise problemlos, teilweise mit Risiken verbunden multipotent (pluripotent ?) teilweise begrenzte Zellmenge, Isolierung und Expansion in Zellkultur noch schwierig Stammzellen

44 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Stammzellen – eine Gegenüberstellung embryonale Gefahr der Krebsentstehung nur allogen anwendbar Problem der Transplantatabstoßung adulte autologe & allogene Anwendung keine Krebsentstehung Stammzellen Problem: Kontrolle von Proliferation & Differenzierung

45 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Stammzellen Potentielle Anwendungsmöglichkeiten menschlicher Stammzellen Informationen über die komplexen Vorgänge während der Embryonalentwicklung besseres Verständnis der genetischen und molekularen Kontrolle von Zellteilung und Differenzierung (Krebsentstehung) Grundlagenforschung & klinische Forschung Entwicklung von Zellen und Geweben für zellbasierte Therapien

46 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Stammzellen aus Nabelschnurblut Fötale (adulte?) Stammzellen aus dem Blutkreislauf von Neugeborenen Werden direkt nach der Geburt aus der Nabelschnur entnommen Einlagerung (20 Jahre) in flüssigem Stickstoff nach Kontaminationskontrolle

47 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Wo werden die Nabelschnur- stammzellen eingesetzt? Sie sind pluripotent Autologe oder allogene Transplantationen Anwendungsgebiete: Lymphome, Leukämien (zum Teil), Tumoren des Knochen- und Nervensystems, Tissue Engineering (?)

48 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Der Einsatz von Stammzellen sollte immer verantwortungsbewußt erfolgen!

49 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Entwicklung eines Impfstoffes gegen den Erreger der Vogelgrippe H5N1 A/Vietnam/1203/2004 (H5N1) Biotechnologie heute ???? Aktuelles Thema

50 Influenza-Virus Typ A oder B H?N? N H

51 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Wirkung von Neuraminidasehemmern wie Tamiflu

52 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Protection of Mice and Poultry from Lethal H5N1 Avian Influenza Virus through Adenovirus-Based Immunization Wentao Gao et al.; Journal of Virology, Febr. 2006

53 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Adenovirus

54 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Adenoviren wurden gentechnisch verändert, sodass sie nicht mehr infektiös sind In die Virus-DNA wurde das Gen für Hämaglutinin eingebaut Mäuse wurden mit diesen Viren immunisiert Nach 8 Wochen wurden diese Mäuse mit der 100 x LD50 H5N1 infiziert. Alle Mäuse überlebten, blieben gesund oder zeigten nur schwache Grippesymptome

55 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Hühner wurden mit den rekombinaten Adenoviren immunisiert nach 3 Wochen Infektion mit x LD50 H5N1 alle Hühner überlebten völlig gesund Es ist kein spezifischerImpfstoff gegen H5N1 notwendig Es gibt einen allgemeinen Schutz gegen Influenza-Viren nach einer adenoviralen Impfung gegen Hämaglutinin Schlussfolgerung der Autoren:

56 Dr. Barbara Hansen, FH Lausitz Dies hat große Vorteile: Der Impfstoff wirkt gegen verschiedene Subtypen unter anderem H5N1 oder ein ganz neues Virus Produktion der Adenoviren in Zellkulturen geht sehr schnell Flächendeckende Impfungen wären möglich!

57 HeP-2 Zellen gefärbt mit anti-Cytokeratin-Antikörpern, DAPI und anti-Helicase-Antikörpern Projektarbeit 2005


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