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Die Nanowissenschaft ist eine der vielversprechendsten modernen Technologien für medizinische Zwecke. Insbesondere die Möglichkeiten der Genom-Editierung könnten sich in Zukunft für kryonik als vorteilhaft erweisen, was sie zu einem interessanten Wissenschaftsbereich macht, den man verfolgen sollte, wenn man sich für kryonik interessiert. Wir von Tomorrow Bio, dem ersten europäischen Biotech-Unternehmen, das sich auf die Kryokonservierung von Menschen spezialisiert hat, sind auf jeden Fall fasziniert.

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Die meisten medizinischen Fortschritte der Nanotechnologie wurden bisher durch die Reprogrammierung von Stammzellen erzielt. Dabei kehren Wissenschaftler einzelne Zellen in ihre ursprünglichste Form zurück, um ihnen dann neue Eigenschaften zu verleihen. Dies könnte jedoch durch die Anwendung anderer Reprogrammierungsmethoden wesentlich effizienter gestaltet werden.

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Ein neuer Ansatz könnte es uns nun ermöglichen, Gewebe zu verjüngen, ohne sie vorher vollständig auf Stammzellen umzustellen: Partielle zelluläre Reprogrammierung.

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Was ist Full Genome Editing und warum es nicht perfekt ist

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Die meisten Zellen in unserem Körper enthalten DNA, die biologische Anleitung, die jeden Organismus auf der Welt einzigartig macht (es sei denn, man ist eineiiger Zwilling). Der vollständige Satz der DNA eines Menschen, der sich in unseren Zellen befindet, einschließlich aller Gene, kann wie ein Buch gelesen werden. Dieses "Drehbuch" wird als Genom bezeichnet.

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Das Verständnis jedes einzelnen Teils des menschlichen Genoms, das aus rund 23.000 Genen besteht, würde es uns ermöglichen, Krankheiten wirksamer zu bekämpfen. Durch nanotechnologische Forschung wissen wir jetzt, dass wir den Zustand voll entwickelter Zellen in pluripotente, embryonale Stammzellen zurückverwandeln können, indem wir die Überexpression von vier spezifischen Genen, den sogenannten "Yamanaka-Faktoren", erzwingen. Dabei handelt es sich um eine Gruppe von Protein-Transkriptionsfaktoren, die bei der Bildung induzierter pluripotenter Stammzellen eine entscheidende Rolle spielen und daher häufig mit der Langlebigkeitsforschung in Verbindung gebracht werden.

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Durch die Überexpression dieser Zellen verlieren sie alle ihre individuellen Eigenschaften wie zelluläre Identität und Alter und können durch Genom-Editierung für andere Zwecke umgewidmet werden. In einigen Fällen möchten wir jedoch nicht, dass die Zellen ihre ursprüngliche Aufgabe vergessen. 

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Einer dieser Fälle ist die Wiederbelebung aus der Kryokonservierung. Da die Zellen durch diesen Prozess ihre Funktionalität nicht verlieren, wäre es unnötig und zeitaufwändig, sie vor der Verjüngung wieder zu Stammzellen zu machen. Hier könnte eine partielle zelluläre Reprogrammierung die Lösung sein.

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Wie funktioniert die partielle zelluläre Reprogrammierung?

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Wenn sie nur lange genug Reprogrammierungsfaktoren ausgesetzt werden, ist es möglich, das Alter einer Zelle umzukehren, ohne ihre Identität zu löschen, fanden Wissenschaftler heraus. [Auf halbem Weg zur Pluripotenz wird die Expression der Yamanaka-Faktoren gestoppt. Zu diesem Zeitpunkt hat eine Verjüngung der Zelle stattgefunden, nicht aber ein Reset ihrer Funktion.

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Die Anwendung dieser Technik erweist sich jedoch als schwierig. Derzeit gelingt es nicht, den gleichen Grad an Zellwiederherstellung zu erreichen wie bei einer vollständigen Revertierung. Wenn die Gene zu kurz überstimuliert werden, fällt die Verjüngung mäßig aus. Wenn die Faktoren zu lange überstimuliert werden, vergisst die Zelle ihre Identität und ihren Zweck (d. h. sie wird zu einer Stammzelle).

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Phasen der Reprogrammierung

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Die Reprogrammierung von Zellen lässt sich in drei Phasen unterteilen: Initiierung, Reifung und Stabilisierung. [2] Bisher wurden alle Versuche einer teilweisen Reprogrammierung in der Initiierungsphase gestoppt, da nur sie garantiert, dass kein Funktionsverlust auftritt.

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Die neue Technik, die vor kurzem von britischen Wissenschaftlern entwickelt wurde, nennt sich "maturation phase transient reprogramming"(MPTR), da sie sich in das Reifungsstadium wagt und versucht, die Revitalisierung noch weiter zu steigern.

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Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass die vollständige Reprogrammierung mit den derzeitigen Methoden bis zu 50 Tage dauern kann. Etwa am Tag 10 wurden die ersten wesentlichen Vorteile für die Zellgesundheit festgestellt, während Tag 17 normalerweise den letzten Tag markiert, an dem die Reprogrammierung noch rückgängig gemacht werden kann, bevor die Zellen Pluripotenz erreichen.

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Das MPTR setzte das Medikament Doxycyclin ein, um die Yamanaka-Faktoren umzuprogrammieren, indem es sie jeweils 10, 13, 15 und 17 Tage lang den Chemikalien aussetzte und so das wirksamste Ergebnis testete.

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Forschungsergebnisse

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Um die weniger positiven Nachrichten gleich vorweg zu nehmen: Während der Reprogrammierung wurden einige wesentliche Veränderungen der Morphologie der Fibroblasten festgestellt. Fibroblasten sind ein Zelltyp , der zur Bildung von Bindegewebe beiträgt und eine wichtige Rolle bei der Wundheilung spielt. In Zellkulturversuchen ist diese Veränderung kein Problem, und die Zellen nehmen nach Absetzen der Medikamente wieder ihre ursprüngliche Form an. In-vivo-Anwendungen könnten jedoch weniger vielversprechend sein. Um die Gesundheit der Zellen zu gewährleisten, die bei diesen Versuchen im Mittelpunkt steht, müssen weitere Forschungsarbeiten durchgeführt werden.

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Auch die Verkürzung der Telomere, ein Symptom der Zellalterung, wurde durch die partielle Reprogrammierung nicht behandelt. Die vollständige Umprogrammierung hat bereits Erfolge bei der Verlängerung der Telomere gezeigt.

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Das Positive daran: Die Altersumkehr der Zellen war erheblich. Bei 25 % der reprogrammierten Zellen wurde eine durchschnittliche Altersverringerung von 30 Jahren (nach der epigenetischen Uhr von Horvath) gemessen. Das ist dreimal mehr als bei partiellen Reprogrammierungstechniken, die in der Initiationsphase aufhören. Bei weiteren 35 % wurde zumindest eine gewisse Altersverringerung gemessen. 40 % der Ergebnisse waren nicht schlüssig.

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Die deutlichste Veränderung wurde nach 13 Tagen der Exposition festgestellt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass die längeren Expositionszeiten von 15 und 17 Tagen eine Belastung für die Zelle darstellen, die wiederum die Verjüngungsgewinne aufzehrt.

Die Kollagenproduktion, die normalerweise mit dem Alter abnimmt, wurde nach den Versuchen getestet, um festzustellen, ob die Funktionalität der Zellen erhalten blieb. Die Tests zeigten, dass die verjüngten Zellen nicht nur ihre Fähigkeit, Kollagen zu produzieren, beibehielten, sondern sogar deutlich mehr produzierten, was die erfolgreiche Verjüngung bestätigt. 

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Mögliche Anwendungen in kryonik

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Genom-Editierung scheint eine vielversprechende Option zu sein, die bei der Wiederbelebung aus der Biostase hilft.

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Die Industrie kryonik könnte von diesem neuen Ansatz, der in diesen neuen Studien vorgestellt wurde, sogar noch erheblich mehr profitieren. Eine partielle Reprogrammierung von Zellen könnte es uns ermöglichen, Zellschäden bei der Wiederbelebung aus der Biostase leichter zu beheben und sogar die zugrunde liegende Todesursache zu behandeln.

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Außerdem könnte es helfen, den Körper der Patienten zu verjüngen, indem es ihre biologische Uhr zurückdreht. Denn die zelluläre Wiederherstellung steht an vorderster Front im Kampf gegen den Tod durch Alter. Wenn einzelne Zellen um 30 Jahre verjüngt werden können, ist es nicht abwegig zu glauben, dass die Wissenschaft eines Tages herausfinden wird, wie man diesen Prozess auf den gesamten menschlichen Organismus übertragen kann.

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Wie bereits in einem früheren Artikel erwähnt, ist es höchst unwahrscheinlich, dass man nach einer Kryokonservierung in einem alten Körper aufwacht. Diese neuen Forschungsergebnisse unterstützen diese Aussicht.

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Fazit

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Es hat sich gezeigt, dass eine partielle Reprogrammierung sowohl in vitro als auch in vivo eine Zellverjüngung bewirkt. Die aktive klinische Anwendung liegt zwar noch in weiter Ferne, aber die jüngsten Studien haben weitere Schritte zum Verständnis des Prozesses der zellulären Reprogrammierung unternommen. Wir hoffen, dass die Wissenschaftler in Zukunft in der Lage sein werden, sie sicher und effizient durchzuführen.

Diese Technologie könnte, wie viele nanotechnologische Ansätze, bei der Behandlung der Todesursache von Biostase-Patienten eingesetzt werden und auch bei der künftigen Wiederbelebung und Verjüngung helfen. Aus diesem Grund wird Tomorrow Bio den technologischen Fortschritt auf diesem Gebiet aufmerksam verfolgen.

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