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Medizin-Nobelpreis: Jungbrunnen für Zellen

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Ist das Herz geschädigt, das Rückenmark durchtrennt, entstehen aus Stammzellen perfekte Ersatzteile - so könnte die Medizin der Zukunft aussehen. John Gurdon und Shinya Yamanaka haben nun den Nobelpreis dafür bekommen, dass sie die entscheidenden Grundlagen geschaffen haben.

Mit Zellen ist es ein bisschen wie mit Menschen: Sind sie noch jung, können sie sich praktisch in jede Richtung entwickeln. Später spezialisieren sie sich - Menschen entscheiden sich für einen Beruf, für Hobbys, sammeln Wissen in manchen Bereichen und ignorieren andere. Zellen, die in ihrer ursprünglichsten Form als embryonale Stammzellen bezeichnet werden, differenzieren sich zu Haut- oder Leberzellen, zu weißen Blutkörperchen oder Neuronen. Dabei verlieren sie einiges von ihrer ursprünglichen Flexibilität.

Doch wandlungsfähige Alleskönner sind nicht nur unter Menschen gefragt, sie wecken auch in der Medizin enorme Hoffnungen. Embryonale Stammzellen könnten theoretisch genutzt werden, um krankes oder zerstörtes Körpergewebe zu ersetzen, etwa Rückenmarkszellen bei einer Querschnittlähmung. Doch bisher sind sie nur auf einem ethisch umstrittenen Weg zu bekommen: Die Stammzellen werden aus Embryonen gewonnen, die eigens hergestellt werden oder bei künstlichen Befruchtungen übriggeblieben sind. Dabei wird der Embryo, wenn er erst aus wenigen Zellen besteht, zerstört.

Der Brite John Gurdon und der japanische Wissenschaftler Shinya Yamanaka haben entscheidenden Anteil daran, dass dieses Dilemma bald Geschichte sein könnte. Sie haben gezeigt, dass gereifte Körperzellen in Stammzellen zurückverwandelt werden können - weshalb sie nun den Nobelpreis für Medizin erhalten haben.

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Medizin-Nobelpreis: Zellzauberer ausgezeichnet
Von der Körperzelle zur Kaulquappe

Gurdon konnte in den sechziger Jahren nachweisen, dass sich das Erbgut spezialisierter Körperzellen nicht von dem embryonaler Stammzellen unterscheidet. Das gelang ihm, indem er ein Tier klonte: einen Krallenfrosch.

Er entnahm einer Darmzelle den Kern, in dem sich das Erbgut befindet. Diesen übertrug er in eine vorher entkernte, also im Prinzip Erbgut-freie Frosch-Eizelle. Anschließend entwickelte sich aus dieser Eizelle eine Kaulquappe und schließlich ein Frosch. Veröffentlicht hat er die Ergebnisse dieses Experiments im Jahr 1962, dem Geburtsjahr von Shinya Yamanaka, mit dem er sich den Preis teilt. Die Entdeckung Gurdons wurde erst skeptisch aufgenommen. Folgende Experimente zeigten jedoch, dass er richtig lag.

"Johns Arbeit hat unser Verständnis davon, wie Zellen sich im Körper spezialisieren und verändern, revolutioniert und hat damit den Weg für wichtige Entwicklungen bei der Diagnose und Behandlung von Krankheiten freigemacht", sagte der Präsident der renommierten Royal Society in London, Sir Paul Nurse.

Mit Hilfe des sogenannten somatischen Zellkerntransfers haben Forscher eine Reihe von Säugetieren geklont - unter anderem Pferde, Katzen und Hunde. Die Pionierarbeit auf diesem Gebiet war das Klonen des Schafs Dolly, dies wurde jedoch nicht mit einem Teil des Nobelpreises bedacht.

Reset-Knopf für Zellen

Einen alternativen Weg zur Stammzelle hat Shinya Yamanaka vor wenigen Jahren entdeckt. Mit seinen Kollegen von der Kyoto University suchte er systematisch nach Genen, die in embryonalen Stammzellen aktiv sind, in ausgereiften Zellen aber nicht. Die Wissenschaftler schleusten vier Gene in Körperzellen ein, wonach sich diese so veränderten, dass sie embryonalen Stammzellen ähnelten. Diese werden als induzierte pluripotente Stammzellen, kurz iPS-Zellen bezeichnet. Es gelang den Forschern auch, aus den iPS-Zellen wieder spezialisierte Körperzellen zu züchten.

Eine medizinische Anwendung für iPS-Zellen ist momentan noch nicht in Sicht, die Wissenschaftler betreiben hier noch Grundlagenforschung. Auch gibt es durchaus Sorgen, dass die umprogrammierten Zellen nicht das optimale Mittel in der Medizin sind, da sie gefährliche Mutationen bergen können.

Aber seit Yamanakas erster Veröffentlichung zu iPS-Zellen von 2006 hat sich ein ganzer Forschungszweig entwickelt. Die Umprogrammierung der Zellen haben verschiedene Wissenschaftlerteams in weiteren Experimenten immer stärker verfeinert, um mit dem Prozess verbundene Risiken zu senken.

Yamanakas Kollege bei der Studie von 2006, Kazutoshi Takahashi, ging am Montag leer aus. Mit Blick auf sein Team sagte der neue Nobelpreisträger der Nachrichtenagentur Jiji Press: "Wenn ich allein gewesen wäre, hätte ich vielleicht aufgegeben." Der Preis sei nicht nur eine große Ehre, sondern auch eine Ermutigung für ihn, seine Kollegen und alle an iPS-Zellen Forschenden. "Ich werde mit meinen Kollegen noch härter daran arbeiten, wirksame Medikamente und neue Therapien zu entwickeln, die auf von Patienten stammenden iPS-Zellen beruhen", sagte der japanische Forscher.

Dass das mit den Menschen ein bisschen so ist wie mit den Zellen, zeigt Yamanaka auch selbst: Er hat als orthopädischer Chirurg angefangen und dann komplett die Spur gewechselt zum Grundlagenforscher. Mit Erfolg.

Mit Material von dpa

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1. ... welcome Prometheus ?!
dschinn1001 08.10.2012
Vorteil ist klar, - man kann in der Medizin dann bald Ersatz-Organe zuechten. Nachteil ? - ist irgendwann jeder in der Gesellschaft biologisch austauschbar ?
2.
Trondesson 08.10.2012
Zitat von dschinn1001Vorteil ist klar, - man kann in der Medizin dann bald Ersatz-Organe zuechten. Nachteil ? - ist irgendwann jeder in der Gesellschaft biologisch austauschbar ?
Den "Nachteil" können Sie getrost streichen. Ergibt keinen Sinn, und selbst wenn, wäre es keiner.
3. Der Vater von Dolly war ein anderer
weitergen 08.10.2012
Möglicherweise gab es für "Dolly" keinen Nobelpreis, weil der damit öffentlich bekannt gewordene Forscher Ian Wilmut doch nicht die Hauptrolle gespielt hat. http://scienceblogs.de/weitergen/2012/10/warum-ian-wilmut-fur-das-klonschaf-dolly-keinen-nobelpreis-bekommt/
4. optional
kannwas 08.10.2012
Man stelle sich vor, mit ethisch einwandfrei gewonnenen Zelllinien könnte man z.B Querschnittslähmungen heilen. Was für ein wunderbarer Ansatz. Ich hoffe, die Forscher bekommen alles Geld was nötig ist.
5.
mrm_berlin 08.10.2012
Meiner Meinung nach (gerade durch Einbeziehung von John Gurdon) eine tolle Entscheidung. Die hier geehrten Forscher sind im Gebiet hochangesehen und wahre Pioniere. John Gurdon für die Entdeckung/Erfindung des SCNT (Somatic Cell Nuclear Transfer; d.h. die Umprogrammierung von differenzierten Zellen in Stammzellen durch ein undefiniertes Zellextrakt), Yamanaka durch die Entdeckung der spezifischen Faktoren, die die Umprogrammierung möglich machen, und damit der Erfindung des iPS-Verfahrens. Erst dieses iPS-Verfahren ermöglicht Stammzellforschung und Stammzellanwendungen mit Zellen, die auf den jeweiligen Patienten zugeschnitten sind, ohne dafür auf ethisch bedenkliche Zellen (z.B. Zellen aus Föten oder Oozyten) zurückgreifen zu müssen. Ich schätze, dass diese Grundlagenforschung sehr schnell in der Klinik ankommen wird - so wie in der Vergangenheit z.B. auch die Entdeckung von Blutstammzellen im Mausversuch. Das war 1961 (durch Till and Culloch). Schon 7 Jahre später gab es dann die erste erfolgreiche Stammzelltransplantation bei menschlichen SCID-Pateinten, kurz darauf wurde die Behandlung Routine bei Leukämie-Patienten. Übrigens ein schönes Beispiel für die Sinnhaftigkeit von Tierversuchen. @weitergen Dolly war eher eine "Anwendung" der Erkenntnisse von John Gurdon, keine ganz neue grundlagenwissenschaftliche Erkenntnis. Insofern wäre die Einbeziehung von Ian Wilmut nicht folgerichtig gewesen.
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Nobelpreisträger-Quiz

Stammzellen - die Multitalente
Embryonale Stammzellen (ES)
Sie gelten als die zellulären Alleskönner: Reift eine befruchtete Eizelle zu einer Blastozyste, einem kleinen Zellklumpen, heran, entsteht in deren Inneren eine Masse aus embryonalen Stammzellen. Die noch nicht differenzierten Stammzellen können sich zu jeder Zellart des menschlichen Körpers entwickeln. Voraussetzung ist, dass sie mit den richtigen Wachstumsfaktoren behandelt werden.
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)
Körperzellen einfach in Stammzellen umprogrammieren - das gelang Forschern durch das Einschleusen ganz bestimmter Steuerungsgene. Aus den dabei entstandenen maßgeschneiderten Stammzellen züchteten sie erfolgreich verschiedene Körperzellen. Diese Methode ist nicht nur elegant, sondern auch ethisch unbedenklich, da dabei kein Embryo hergestellt und zerstört wird. Allerdings birgt die Methode noch Risiken, weil für das Einschleusen der Gene Viren benötigt werden. Die Gene werden vom Virus verstreut im Genom eingebaut, wichtige Gene der Zelle können dabei beschädigt werden, die Zelle kann entarten. Es besteht Krebsgefahr. Zudem bauen auch die Viren ihr Erbgut ein. Forschern gelang jedoch mittlerweile die Reprogrammierung ohne Viren und mit anschließender Entfernung der Gene.
Proteininduzierte pluripotente Stammzellen (piPS)
Zellen reprogrammieren - nur durch Zugabe von Molekülen und ohne Veränderung des Erbgutes. Dies gelang Forschern erstmals im April 2009. Damit räumten sie potentielle Risiken aus, die das Einschleusen der Reprogrammiergene barg.
Keimbahn abgeleitete pluripotente Stammzellen (gPS)
Keimbahn-Stammzellen können normalerweise nur Spermien erzeugen. Aber man kann sie auch in pluripotente Stammzellen verwandeln. Diese "germline derived pluripotent stem cells" (gPS) bieten ein großes Potential, denn ihr Erbgut ist noch relativ unbeschädigt. Forschern gelang die Verwandlung an Hodenzellen von Mäusen - nur durch ganz bestimmte Zuchtbedingungen.
Adulte Stammzellen
Nicht nur Embryonen sind eine Quelle der Zellen, aus denen sich verschiedene Arten menschlichen Gewebes entwickeln können. In etwa 20 Organen inklusive der Muskeln, der Knochen, der Haut, der Plazenta und des Nervensystems haben Forscher adulte Stammzellen aufgespürt. Sie besitzen zwar nicht die volle Wandlungsfähigkeit der embryonalen Stammzellen, bereiten aber auch keine ethischen Probleme: Einem Erwachsenen werden die adulten Stammzellen einfach entnommen und in Zellkulturen durch Zugabe entsprechender Wachstumsfaktoren so umprogrammiert, dass sie zu den gewünschten Gewebearten heranreifen.
Ethik und Recht
Die Stammzellforschung birgt ethische Konflikte. Embryonale Stammzellen werden aus Embryonen gewonnen, die entweder eigens hergestellt werden oder bei künstlichen Befruchtungen übriggeblieben sind. Dabei wird der Embryo zerstört. Die Argumentation der Befürworter: Die Embryonen würden ohnehin vernichtet. Kritiker sprechen dagegen von der Tötung ungeborenen Lebens. In Deutschland ist das Herstellen menschlicher Embryonen zur Gewinnung von Stammzellen verboten. In Ausnahmefällen erlaubt das Gesetz aber den Import von Stammzellen, die vor dem 1. Mai 2007 hergestellt wurden. In Großbritannien und Südkorea ist das therapeutische Klonen ausdrücklich erlaubt, ebenso in den USA.
Medizin-Nobelpreisträger seit 1999
2015
2014
2013
2012
John Gurdon (Großbritannien) und Shinya Yamanaka (Japan) für die Entdeckung, dass sich reife Zellen in pluripotente Stammzellen umprogrammierenlassen.
2011
Bruce Beutler (USA) und Jules Hoffmann (Frankreich) für Arbeiten zur Alarmierung des angeborenen Abwehrsystems. Ralph Steinman aus Kanada entdeckte Zellen, die das erworbene Immunsystem aktivieren. Er war kurz vor der Verkündung gestorben und bekam den Preis posthum.
2010
Robert Edwards (Großbritannien) erhält die Auszeichnung für die Entwicklung der künstlichen Befruchtung.
2009
Elizabeth Blackburn , Carol Greider und Jack Szostak (alle USA) für die Erforschung der Zellalterung. Die Wissenschaftler entdeckten und charakterisierten das Enzym Telomerase, das für die Stabilität des menschlichen Erbguts wichtig ist.
2008
Harald zur Hausen (Deutschland) für die Entdeckung der Papillomaviren , die Gebärmutterhalskrebs auslösen, sowie die Franzosen Françoise Barré-Sinoussi und Luc Montagnier für die Entdeckung des Aids-Erregers HIV.
2007
Mario R. Capecchi , Oliver Smithies (beide USA) und Sir Martin J. Evans (Großbritannien) für eine genetische Technik, um Versuchsmäuse mit menschlichen Krankheiten zu schaffen.
2006
Die US-Forscher Andrew Z. Fire und Craig C. Mello für eine Technik, mit der sich Gene gezielt stumm schalten lassen.
2005
Barry J. Marshall und J. Robin Warren (beide Australien) für die Entdeckung des Magenkeims Helicobacter pylori und dessen Rolle bei der Entstehung von Magengeschwüren.
2004
Richard Axel und Linda Buck (beide USA) für die detailgenaue Enträtselung des Geruchssinns.
2003
Paul C. Lauterbur (USA) und Sir Peter Mansfield (Großbritannien) für ihre wesentlichen Beiträge zur Anwendung der Kernspintomografie in der Medizin als neuartiges und schonendes Diagnoseverfahren.
2002
Sydney Brenner (Großbritannien), H. Robert Horvitz (USA) und John E. Sulston (Großbritannien) für die Erforschung des programmierten Zelltods (Apoptose) als Grundlage zum Verständnis von Krebs, Aids und anderen Krankheiten.
2001
Leland H. Hartwell (USA), Sir Paul M. Nurse (Großbritannien) und R. Timothy Hunt (Großbritannien) für Erkenntnisse über die Zellteilung, die neue Wege in der Krebstherapie ermöglichen.
2000
Arvid Carlsson (Schweden), Paul Greengard (USA) und Eric Kandel (USA) für ihre Entdeckungen zur Signalübertragung im Nervensystem.
1999
Günter Blobel (USA) für seine Arbeiten über den Transport von Proteinen in der Zelle.

Ehrung mit Weltrang - die Nobelpreise
Der Stifter
Mit der Stiftung der Nobelpreise wollte der schwedische Forscher und Großindustrielle Alfred Nobel (1833-1896) einen Konflikt lösen, der sein Leben bestimmte: Der Dynamit-Erfinder konnte nicht verwinden, dass seine Entdeckung für den Krieg genutzt wurde. Als "Wiedergutmachung" vermachte er sein Vermögen einer Stiftung, aus deren Zinsen Preise für jene finanziert werden sollten, die "im verflossenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen geleistet haben". Nobel selbst hatte mehr als 350 Patente angemeldet.
Die Auszeichnungen
Die Preise werden seit 1901 vergeben. Die Dotierung stieg von anfangs 150.800 Kronen auf zehn Millionen Kronen (eine Million Euro), wurde 2012 aber wegen der Wirtschaftskrise wieder auf acht Millionen Kronen gesenkt. Bis zu drei Menschen können sich einen wissenschaftlichen Preis teilen. Der Friedensnobelpreis wird auch an Organisationen verliehen. Höhepunkt ist stets die feierliche Verleihung der Auszeichnungen am 10. Dezember, dem Todestag von Nobel.
Die Kategorien
Die Preisträger für Physik und Chemie werden immer von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften, die der Medizin vom Karolinska-Institut in Stockholm und die Literaturpreisträger von der Königlich-Schwedischen Akademie der Künste ausgewählt. Die Friedenspreisträger bestimmt ein Ausschuss des norwegischen Parlaments in Oslo.
Die Alternativen
Neben den eigentlichen Nobelpreisen wird seit 1969 eine Ehrung für Wirtschaftswissenschaften in Gedenken an Alfred Nobel verliehen. Sie wurde 1968 von der Schwedischen Reichsbank gestiftet. Seit 1980 vergibt die "Stiftung zur Auszeichnung richtiger Lebensführung" (Right Livelihood Award Foundation) die Right Livelihood Awards, die oft als alternative Nobelpreise bezeichnet werden.

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