Gentechnik-Erfolg

Forscher programmieren Haut- zu Stammzellen um

Wichtiger Durchbruch bei der Erzeugung maßgeschneiderter Stammzellen: Forschern aus Japan und den USA ist es gelungen, menschliche Haut- und Bindegewebszellen umzuprogrammieren. Wird die ethisch umstrittene Nutzung von Embyros überflüssig?

Sie gelten als mögliche Wunderwaffe im Kampf gegen Parkinson, Diabetes oder Herzkrankheiten: embryonale Stammzellen. Bisher können sie nur aus Embryonen gewonnen werden, die bei der Entnahme zerstört werden. Ein ethisch äußerst umstrittenes Verfahren. Deshalb suchen Forscher schon seit längerem nach Alternativen. Jetzt berichten ein japanisches und ein US-Wissenschaftlerteam über entscheidende Erfolge, die unabhängig voneinander geglückt sind.

Die Forscher programmierten spezialisierte menschliche Haut- und Bindegewebszellen so um, dass sie beinahe sämtliche Merkmale embryonaler Stammzellen aufwiesen. Die Wissenschaftler um Shinya Yamanaka von der Universität von Kyoto und James Thomson von der Universität von Wisconsin in Madison verwendeten dazu lediglich vier Gene, die sie mit Hilfe von Viren in die Zellen einschleusten.

Erst im Juni war dieses Verfahren bei Mäusen geglückt. Damals hielten es die Forscher noch für völlig offen, ob sich die Methode jemals auf menschliche Zellen übertragen lassen wird. Zwar können die umprogrammierten Zellen aus technischen Gründen und wegen nicht kalkulierbarer Risiken noch nicht für die Behandlung von Krankheiten eingesetzt werden. Sie seien jedoch eine vielversprechende Alternative zu embryonalen Stammzellen, da ihre Gewinnung ethisch unbedenklich sei, schreiben die Wissenschaftler in den Fachmagazinen "Cell" und "Science".

Mit vier Genen zum Erfolg

Das Team um Yamanaka verwendete für die Umprogrammierung von Hautzellen aus dem Gesicht einer 36-jährigen Frau exakt die vier Gene, die auch bei den Mäusezellen zum Erfolg geführt hatten. Thomson und seine Kollegen nutzten ebenfalls zwei dieser Gene, ersetzten jedoch die anderen beiden durch zwei weitere Steuergene. Außerdem wählten sie fötale Bindegewebszellen aus der Lunge und Zellen aus der Vorhaut eines neugeborenen Jungen für ihre Studie.

Mit beiden Methoden ließen sich die ursprünglich spezialisierten Zellen in einen sehr urtümlichen, undifferenzierten Zustand versetzen, berichten die Forscher. So glichen nach der Behandlung unter anderem ihr Aussehen, ihre Oberflächenstruktur und bestimmte genetische Marker denen von embryonalen Stammzellen. Außerdem waren die Zellen in der Lage, sich in unterschiedliche Gewebetypen zu verwandeln, darunter nervenzellähnliche Strukturen, Herzmuskelzellen und die drei Gewebearten, die einen sich entwickelnden Embryo ausmachen.

STAMMZELLEN - DIE ZELLULÄREN MULTITALENTE

Embryonale Stammzellen (ES)

DPA

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)

Proteininduzierte pluripotente Stammzellen (piPS)

Keimbahn abgeleitete pluripotente Stammzellen (gPS)

Adulte Stammzellen

Ethik und Recht

Vor allem diese sogenannte Pluripotenz embryonaler Stammzellen ist das, wonach die Forscher fahnden. Kurz nach einer Befruchtung besitzen die Zellen eines entstehenden Embryos die Eigenschaft, sich unendlich zu teilen und in jedes spezialisierte Gewebe des Körpers zu entwickeln. Mediziner möchten diese Eigenschaft nutzen, um kranke Zellen oder Gewebe zu ersetzen, etwa das zerstörte Rückenmark bei Querschnittgelähmten oder die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse bei Typ-1- Diabetikern.

"Das ist ein großer Schritt für die embryonale Stammzellforschung", sagt Jürgen Hescheler von der Universität Köln SPIEGEL ONLINE. Schon seit längerem versuchen Wissenschaftler, Körperzellen Erwachsener so umzuprogrammieren, dass sie wieder die Eigenschaften embryonaler Stammzellen annehmen. Nun scheint genau das geglückt. Allerdings sind die Stammzellforscher noch lange nicht am Ziel. Die umgewandelten Hautzellen hätten sich hinsichtlich ihres Aussehens und ihrer Wachstumseigenschaften zwar nicht von gewöhnlichen Stammzellen unterschieden, schreiben die Wissenschaftler. Die Aktivität der Gene sei jedoch nur ähnlich und nicht identisch.

Ethisch konfliktfreie Zellen

Sollte es gelingen, diese Schwierigkeiten zu überwinden, könnten die umprogrammierten Zellen irgendwann möglicherweise jede Art von Körpergewebe liefern - genauso wie das therapeutische Klonen, allerdings ohne den Verbrauch von Embryonen. "Man umgeht hier die Eizelle", sagt Hescheler. Das sei ein Vorteil gegenüber dem therapeutischen Klonen, das erst kürzlich bei Rhesusaffen geglückt ist. Embryonale Stammzellen böten größere Chancen für die regenerative Medizin als adulte Stammzellen, die erst vor wenigen Tagen angeblich im Menstruationsblut nachgewiesen worden waren.

Die Gewinnung pluripotenter Zellen aus Körperzellen sei nicht nur ethisch konfliktfrei, schreiben die Forscher, sondern habe zudem den Vorteil, dass theoretisch jeder Patient mit körpereigenen Ersatzzellen versorgt werden könne. Abstoßungsprobleme bei Zell- oder Gewebetransplantationen würden dadurch umgangen. Solange die Sicherheit der Anwendung nicht nachgewiesen ist, sei es jedoch zu früh, um von einem Ersatz für die embryonalen Stammzellen zu sprechen.

Außerdem müsse noch ein grundlegendes Problem geklärt werden, sagen die Forscher: Solange Viren nötig sind, um die Gene einzuschleusen, können die Zellen nicht für die Behandlung von Menschen eingesetzt werden. Zu groß ist die Gefahr, dass sich aus dem neuen Gewebe Tumore entwickeln. Als Testmaterial für Medikamente oder die Grundlagenforschung seien die neuen Zellen allerdings schon jetzt ein hilfreiches Werkzeug.

DEBATTE IN DEUTSCHLAND: EMBRYONALE STAMMZELLEN

Zelluläre Alleskönner: Embyronale Stammzellen

Mutmaßlich die Heilsbringer der Medizin und immer wieder Zündstoff für Diskussionen: Das sind embryonale Stammzellen. Sie werden aus dem Zellhaufen eines etwa zwei Wochen alten Embryos gewonnen und können sich zu jeder Zellart entwickeln. Deswegen sollen sie Parkinson, Diabetes und Co. heilen können. Doch ihre Wandlungsfähigkeit – Pluripotenz genannt – ist nicht nur ihr Vorteil, sondern auch ihr Nachteil: Die Entwicklung lässt sich nicht immer so gut steuern, wie Forscher das gerne hätten. Von den ethischen Problemen mit "Wegwerf-Embryonen" ganz abgesehen.