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Alternative zu embryonalen Stammzellen: Alleskönner in neuer Qualität erzeugt

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Stammzellen in der Kulturschale: Umprogrammierte Zellen könnten umstrittene embryonale Stammzellen ersetzen Zur Großansicht
Corbis

Stammzellen in der Kulturschale: Umprogrammierte Zellen könnten umstrittene embryonale Stammzellen ersetzen

Sind Nerven durchtrennt oder Muskeln zerstört, ließen sich aus umprogrammierten Körperzellen neue Gewebe züchten. Doch bisher reicht die Qualität dieser Stammzellen nicht für die Therapie. Ein Maus-Experiment weckt neue Hoffnung.

Die Pläne von Stammzellforschern könnten einem schönen Traum entstammen: Aus ausgewachsenen Zellen des menschlichen Körpers ließen sich über ein paar Zwischenschritte vollkommen neue Gewebe züchten. Mit deren Hilfe könnten geschädigte Nerven repariert oder Organe und Gliedmaßen nachgezüchtet werden. Auch umstrittene embryonale Stammzellen, für die Embryonen getötet werden müssen, bräuchte man dazu nicht. Doch noch hat die Technik, für deren Entdeckung 2012 der Medizin-Nobelpreis verliehen wurde, Schwächen.

Zwar ist es bereits gelungen, ausgewachsene Körperzellen in einen Zustand zurückzuversetzen, aus dem sie sich wieder in jeden Zelltyp verwandeln können (aus Hautzellen ließen über diesen Zwischenschritt etwa Blut- oder Muskelzellen herstellen). Doch bislang ist die Qualität dieser Stammzellen, die iPS-Zellen genannt werden, noch zu schlecht, um sie medizinisch verwenden zu können. Hier sind Forscher nun einen wichtigen Schritt weiter gekommen.

Qualität statt Quantität

Das Problem: Um erwachsene Zellen in Stammzellen umzuprogrammieren, muss man ihr Erbgut verändern. So werden etwa Gene in die Zellen eingeschleust, die typischerweise in embryonalen Stammzellen aktiv sind. Dabei schleichen sich häufig Mutationen ins Erbgut ein. Sie könnten Krankheiten verursachen, wenn man die Zellen in der Medizin einsetzt.

Alleskönner: Durch Genmanipulation verlieren Zellen ihre Spezialisierung Zur Großansicht
Yosef Buganim/ Hebrew University

Alleskönner: Durch Genmanipulation verlieren Zellen ihre Spezialisierung

Rudolf Jaenisch vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge und Kollegen haben nun einen neuen, besseren Umprogrammierungscocktail entwickelt. Er lässt zwar weniger Stammzellen entstehen als die bisher eingesetzte Mischung, dafür sind die entstehenden Zellen gesünder. Zum Vergleich: Mit der neuen Methode hergestellt, bestanden im Schnitt 80 von 100 iPS-Zellen den derzeit strengsten Stammzell-Qualitätstest. Vorher lag die Quote lediglich bei im Schnitt 30 von 100.

Zwei Schritte zu besseren Zellen

"An diesem Punkt, ist es nicht mehr entscheidend, ob wir eine Kolonie aus 10.000 Zellen oder eine aus 100.000 Stammzellen bekommen, solange sie eine hohe Qualität haben", erklärt Jaenisch. Was genau die Qualität der iPS-Zellen bestimmt, ist noch nicht abschließend geklärt. Dass die erzeugten Zellen nun gesünder seien, habe aber wahrscheinlich zwei Gründe, berichten die Forscher im Fachmagazin "Cell Stem Cell":

  • Im Gegensatz zu seinem Vorgänger enthält der neue Cocktail keine sogenannten Onkogene, Teile des Erbguts, die etwa Krebszellen zu ungehemmtem Wachstum anregen.
  • In dem neuen Cocktail fehlen zudem zwei Substanzen, die im Erbgut der erwachsenen Zellen Regionen aktivieren, die in einer gesunden Zelle ausgeschaltet bleiben sollten.

Von der Maus zum Mensch

Völlig geklärt ist das Problem der iPS-Zell-Qualität damit aber nicht, denn bisher funktioniert der neue Cocktail nur an Mäusezellen. "Eine Übertragung auf humane Zellen war bisher nicht erfolgreich", sagt Martin Zenke, Stammzellforscher an der RWTH-Aachen, der nicht an der Studie beteiligt war. Zudem hätten die Forscher die neuen Gene in ihrem Experiment mit Lentiviren in die Mauszellen eingeschleust. Die Viren schmuggeln ihr gesamtes Erbgut in die DNA der Zellen, was bei einer Anwendung beim Menschen nicht wünschenswert sei.

Dennoch gibt es Hoffnung: In der Vergangenheit sei es in den meisten Fällen nur eine Frage der Zeit gewesen, bis die Ergebnisse aus vergleichbaren Maus-Studien auf den Menschen übertragen werden konnten. "Ich würde das auch hier erwarten und dann hätte man ein ausgezeichnetes System, um verlässlich auch hochwertige humane iPS-Zellen zu erhalten", so Zenke. Er schätzt die Qualität der aktuellen Studie als "absolut solide" ein.

Hochwertige menschliche iPS-Zellen sind der erste Schritt auf dem Weg zu einer möglichen Therapie. Die zweite große Herausforderung ist es, die Stammzellen dazu zu bringen, sich zu dem benötigten Zelltyp - etwa zu einer Nerven- oder Muskelzelle - zu entwickeln. Auch hier wird noch an den Grundlagen geforscht. "Bei der Differenzierung von iPS Zellen in therapeutisch wichtige Zelltypen sollte man aber von möglichst hochwertigen iPS Zellen ausgehen", sagt Zenke. "Damit ist die aktuelle Arbeit eine auch für humane iPS-Zellen wichtige Studie."

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Medizinischer Durchbruch

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1. Nabelschnur?
sniffless 09.09.2014
ich verstehe nicht, warum das Thema in Deutschland nicht mehr in den Fokus gesetzt wird. Schliesslich ist es die beste Resource - auch für IPS Zellen....
2. Die Sendung mit der Maus
cassandros 09.09.2014
Zitat von snifflessich verstehe nicht, warum das Thema in Deutschland nicht mehr in den Fokus gesetzt wird. Schliesslich ist es die beste Resource - auch für IPS Zellen....
Man arbeitet daran: ""Was jetzt gemacht werden muss", so Schöler, "ist ideales Zellmaterial - etwa aus Nabelschnurblut - zu verwenden. Denn die DNA ist noch sehr jung und daher intakt." Aus: http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/biomedizin-forschern-gelingt-offenbar-sichere-zell-reprogrammierung-a-610341.html "....Nabelschnurblut-Bank in Düsseldorf zusammen. Dort lagern Tausende Proben mit Blut aus Nabelschnüren. Die Vorzüge: Zum einen enthält Nabelschnurblut spezielle Stammzellen (umbilical cord derived stem cells). ...." - http://www.mpg.de/1022330/Stammzellen?seite=5 Zunächst muss aber noch viel Grundlagenforschung gemacht werden. Da sind die Zellen von Mäusen u.ä. wichtiger.
3. Embryonale Stammzellen ...
Meineserachtens 09.09.2014
"Auch umstrittene embryonale Stammzellen, für die Embryonen getötet werden müssen, bräuchte man dazu nicht". Dieser dumme Satz wird immer wieder gebracht. ES-Zellen können mittlerweile millionenfach ohne Zerstörung des Embryos erzeugt werden. Aus der letzten Zelle die man dafür brauchte wurde 2007 ein Teil der Zelle entnommen. wie bei der PID wird damit kein Embryo mehr zerstört. Aber dieses Totschlag-Argument ist wohl nicht kaputt zu kriegen. In den nächsten Wochen wird von ACTC hier ein Peer Review Paper, wahrscheinlich im NEJM herauskommen und dann werden hier alle staunen,
4. @Meineserachtens
konstantin.hauser 11.09.2014
Das Problem bei der von Ihnen erwähnten Methode ist, dass die dem Embryo im entnommene (totipotente) Zelle (Blastomere) nach deutschem Recht (Embryonenschutzgesetz) ebenfalls ein Embryo ist, auch wenn der "Restembryo" den Eingriff unbeschadet überlebt. Insofern ist diese Methode hierzulande nicht hilfreich und stellt auch in den USA nur ein ethisches Umhängemäntelchen dar, um die Kritiker der embryonalen Stammzellforschung zu besänftigen. Was vielmehr gebraucht wird, ist die eine offene und ehrliche Diskussion darüber, ob die grundgesetzlich garantierte und grundsätzlich nicht einschränkbare Forschungsfreiheit sowie die Aussicht auf Heilung schwerster Erkrankungen nicht den Würdeschutz bei der Infertilitätsbehandlung „übriggebliebener“ und später ohnehin zu entsorgender Embryonen, die sich im frühesten Stadium ihrer Entwicklung befinden, überwiegen.
5. @Meineserachtens
konstantin.hauser 11.09.2014
Ich stimme Ihnen grundsätzlich zu. Das Problem bei der von Ihnen erwähnten Methode ist aber, dass die dem Embryo entnommene (totipotente) Zelle (Blastomere) nach deutschem Recht (Embryonenschutzgesetz) ebenfalls ein Embryo ist, der bei der Stammzellengewinnung zerstört wird. Auch wenn der eigentliche "Restembryo" den Eingriff unbeschadet überlebt. Insofern ist diese Methode hierzulande nicht hilfreich und stellt auch in den USA nur ein ethisches Umhängemäntelchen dar, um die Kritiker der embryonalen Stammzellforschung zu besänftigen. Was vielmehr gebraucht wird, ist die eine offene und ehrliche Diskussion darüber, ob die grundgesetzlich garantierte Forschungsfreiheit sowie die Aussicht auf Heilung schwerster Erkrankungen nicht den Würdeschutz von bei der Infertilitätsbehandlung „übriggebliebenen“ und später ohnehin zu entsorgenden Embryonen, die sich im frühesten Stadium ihrer Entwicklung befinden, überwiegen.
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Erfolg im Labor

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.
Stammzellforschung


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