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Umprogrammierte Zellen: Mediziner reparieren Mäuseherz nach Infarkt

Aus Bindegewebszellen werden Herzmuskeln: Im Körper von lebenden Mäusen haben Forscher eine faszinierende Umprogrammierung gestartet. Das Ziel: Die Tiere sollten sich nach einem Herzinfarkt schneller erholen - und der Plan ging offenbar auf.

Stammzellforschung in einem US-Labor (Archivbild): Herzzellen umprogrammiert Zur Großansicht
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Stammzellforschung in einem US-Labor (Archivbild): Herzzellen umprogrammiert

London - Lange galten pluripotente Stammzellen als vielversprechendes Werkzeug einer kommenden regenerativen Medizin: Sie lassen sich umprogrammieren und zu allen Körperzelltypen weiterentwickeln. Doch dieser Ansatz ist mit Gefahren verbunden: Die Zellen entarten auch leicht, unkontrollierte Wucherungen drohen.

Deswegen arbeiten Forscher wie Li Qian vom Gladstone Institute of Cardiovascular Disease in San Francisco und ihre Kollegen daran, eine spezialisierte Körperzelle direkt in eine andere Körperzelle umzuwandeln. Und wie aktuelle Versuche zeigen, kann das nicht nur im Reagenzglas funktionieren, sondern auch im lebenden Tier.

Ob der Ansatz eines Tages auch beim Menschen zur Anwendung kommen kann, ist damit noch nicht gesagt. Interessant wäre er aber allemal: Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind die Todesursache Nummer eins in den Industrieländern. Gleichzeitig fehlen dringend benötigte Spenderorgane, um besonders gefährdeten Patienten zu einem neuen Herzen zu verhelfen.

"Erwachsenes Herzgewebe mit körpereigenen Zellen wiederherzustellen, ist ein vielversprechender Ansatz, um Herzkrankheiten zu behandeln", schreiben die Forscher im Fachmagazin "Nature". Sie berichten, wie sei in einer lebenden Maus Herzzellen umprogrammiert haben. Demnach ist es ihnen gelungen, aus Bindegewebszellen schlagende Herzmuskelzellen zu machen.

Die neuen Zellen seien voll funktionsfähig und fügten sich gut in den bestehenden Herzmuskel ein, berichten die Wissenschaftler. So habe sich der Schaden eines Infarkts beim Versuchstier innerhalb von drei Monaten teilweise beheben lassen.

Viren in den Herzmuskel gespritzt

Die Hälfte aller Herzzellen sind Bindegewebszellen. Mit der Stammzelltherapie lassen sie sich auf Erbgutebene direkt in Muskelzellen umprogrammieren, ohne den Umweg über die pluripotenten Stammzellen zu gehen, berichten Li und ihre Kollegen.

Um die Zellen umzuprogrammieren, brauchte es nach Angaben der Forscher drei sogenannte Transkriptionsfaktoren. Das sind Eiweiße, die auf Erbgutebene die Aktivität von Genen steuern. Um die Erbinformation über diese Eiweiße an die richtige Stelle zu liefern, haben die Forscher modifizierte Viren direkt in die Herzmuskel der erwachsenen Mäuse gespritzt. Die Viren bauten das Erbgut für die Transkriptionsfaktoren dann in die Bindegewebszellen ein.

Der Großteil der umprogrammierten Herzmuskelzellen bildete die für ihre Zellart typischen Verbindungsstrukturen, so die Forscher. Damit binden sich die Herzmuskelzellen fest aneinander und geben Stromstöße weiter. Die Verbindungen stellen sicher, dass sich das Herz als Ganzes gleichzeitig zusammenzieht und effektiv Blut pumpen kann. Wie das Forscherteam außerdem schreibt, zog sich etwa jede zweite umprogrammierte Herzmuskelzelle wie ihr natürliches Pendant auf einen elektrischen Reiz hin zusammen, konnte das Herz also zum Schlagen bringen.

Die Forscher führten bei Versuchstieren einen künstlichen Herzinfarkt herbei. Einigen von ihnen spritzten sie anschließend die Viren in den Herzmuskel. Dabei habe sich eine deutliche Verbesserung der Herzfunktion feststellen lassen. Drei Monate nach der Injektion hätten die Herzen der therapierten Tiere mehr Blut gepumpt als die der unbehandelten Artgenossen.

"Die verbesserte Herzfunktion lässt sich dadurch erklären, dass ein kleiner Prozentsatz an Bindegewebszellen in neue herzmuskelartige Zellen umgewandelt wurde", schreiben die Forscher. Sie wollen das Verfahren nun zum Beispiel an Schweinen testen.

chs/dapd

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Stammzellen - die Multitalente
Embryonale Stammzellen (ES)
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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.

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