Von Jens Lubbadeh
Ein Arztbesuch im Jahr 2020 könnte so aussehen: Mit einem kleinen Schaber kratzt der Doktor vom Arm des Patienten ein wenig Haut ab und bittet ihn, nach einer Woche wiederzukommen. Dann werde man seinen Diabetes heilen. In der Zwischenzeit kommt seine Zellprobe in eine Kulturschale, auf die die Arzthilfe ein Gemisch aus chemischen Substanzen schüttet. Nach wenigen Tagen haben sich die Zellen in Stammzellen verwandelt, die Arzthilfe schüttet einen weiteren Chemie-Cocktail darauf - und am Ende sind in der Kulturschale fertige Bauchspeicheldrüsenzellen.
Noch ist es nicht soweit, aber an der Umwandlung von Körper- zu Alleskönner-Stammzellen wird derzeit intensiv gearbeitet. In den vergangenen Monaten verbuchten mehrere Arbeitsgruppen wichtige Etappenerfolge bei der Verbesserung der Methode: Die Reprogrammierung gelang mit immer weniger eingeschleusten Genen, ohne Viren und letztlich konnten die Gene sogar nach getaner Arbeit wieder aus den Zellen entfernt werden.
Alle diese Methoden erforderten jedoch eine genetische Veränderung der Zellen - was Risiken birgt und einer zukünftigen medizinischen Anwendung im Wege steht. Der Königsweg wäre daher die Reprogrammierung der Zellen mit so wenig Eingriffen wie möglich - ohne Gene und nur mit Hilfe "kleiner Moleküle", wie es der deutsche Stammzellforscher Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin formuliert. Mit anderen Worten: ein chemisches Gemisch, das man nur noch auf die Zellen kippt und sie sich daraufhin in Stammzellen verwandeln.
Reprogrammierung ohne Gentechnik
Das ist nun US-amerikanischen Forschern um Sheng Ding vom Scripps Research Institute im kalifornischen La Jolla erstmals an Mäusezellen gelungen - oder zumindest fast: Wie die Forscher im Fachmagazin " Cell Stem Cell" berichten, benutzten sie zwar keine "kleinen", sondern große Proteinmoleküle - aber das bahnbrechende an ihrer Arbeit ist, dass sie erstmals das Erbgut der Zellen selbst nicht mehr verändern mussten.
Die Reprogrammierung von Zellen gelang vor drei Jahren erstmals dem japanischen Zellforscher Shinya Yamanaka - zuerst an Mauszellen, später auch beim Menschen. Er hatte gezeigt, dass durch die Einschleusung bestimmter Gene spezialisierte Zellen in ihren embryonalen Ursprungszustand zurückversetzt werden können. Diese sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) stehen in ihren Fähigkeiten embryonalen Stammzellen (ES) in nichts nach. Die neuen zellulären Wunderkinder waren geboren - und zudem waren sie noch ethisch unproblematisch, weil zu ihrer Herstellung keine Embryonen benötigt werden.
Bislang hatten alle Arbeitsgruppen Reprogrammier-Gene, üblicherweise die Gene Oct4, Klf4, Sox2, c-Myc, direkt in die Zellen eingeschleust. Ding und seine Kollegen hingegen nahmen die Proteine, in die die Gene normalerweise in den Zellen übersetzt werden. Weil diese Proteine große Moleküle sind, mussten die Wissenschaftler mit einem Trick nachhelfen, damit sie von den Zellen aufgenommen wurden: Sie hängten mehrere Moleküle der Aminosäure Arginin an die Proteine. Sozusagen als Eintrittskarte: Der Arginin-Schwanz befördert die Aufnahme großer Moleküle in die Zelle. Die Proteine selbst ließen die Forscher von Bakterien produzieren.
Ding und sein Team verwendeten für ihre Versuche Hautzellen aus Maus-Embryonen. Diese behandelten sie viermal mit dem Cocktail aus Oct4-, Klf4-, Sox2- und c-Myc-Proteinen. Hans Schöler, dessen Team die Hautzellen geliefert und die Stammzellen begutachtet hatte, sagte im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE, die viermalige Behandlung sei nötig gewesen, weil die Zellen sonst wieder in ihren differenzierten Zustand zurückfallen würden.
"Wir müssen uns nicht mehr mit Mutationen beschäftigen"
Nach etwa 35 Tagen war es dann soweit: die Mauszellen waren reprogrammiert. PiPS nennen die Forscher ihre neuen Kreationen: Protein induzierte pluripotente Stammzellen. Den gängigen Test auf Pluripotenz erfüllten sie. In Mäuseembryonen injiziert, trugen sie zur Bildung der drei Keimblätter bei, aus denen sich im Laufe der Embryonalentwicklung alle Organe und Gewebe bilden.
Schneller, sicherer und einfacher sei ihre neue Reprogrammier-Methode schreiben Ding und seine Kollegen in " Cell Stem Cell". Selbst wenn noch große Proteinmoleküle zur Reprogrammierung nötig sind, das Hauptproblem der Zell-Reprogrammierung scheint nun gelöst, wie Hans Schöler zuversichtlich sagt: "Wichtig ist, dass wir nun eine biochemische Reprogrammierung ohne DNA in den Händen haben. Das heißt, dass wir uns nicht mit potentiellen DNA-Insertionen und daraus resultierenden Mutationen beschäftigen müssen."
Der Arztbesuch der Zukunft ist damit wieder etwas näher gerückt. Nun müssen die Forscher am anderen Ende der Kette weitere Fortschritte leisten: Für jeden gewünschten Zelltyp muss die jeweilige Mixtur gefunden werden, die man auf die hergestellten Stammzellen schütten muss, damit sie sich darin verwandeln. Beispielsweise gelang es Forschern schon, aus iPS-Zellen Nerven- und Herzmuskelzellen zu züchten.
Eine Frage allerdings bleibt offen: Werden die Stammzellforscher, die liebevoll von "Ipsen" sprachen, wenn sie iPS-Zellen meinten, die zellulären Neulinge nun konsequenterweise auch "Pipse" nennen?
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