Biomedizin Forscher erzeugen saubere menschliche Stammzellen

Erst Maus, dann Mensch: Wissenschaftler haben aus menschlicher Haut Alleskönner-Stammzellen gezüchtet - ganz ohne Gentechnik, nur mit einem Gemisch aus Proteinen. Die Methode ist zwar sicher, aber auch ineffizient.

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Schlag auf Schlag geht es derzeit in der Stammzellforschung: In der Reprogrammierung von Körper- zu Stammzellen gelangen Forschern in den letzten Monaten immer neue Etappenerfolge. Der letzte Streich gelang vor einem Monat einem US-amerikanischen Team um Sheng Ding vom Scripps Research Institute im kalifornischen La Jolla: Die Forscher hatten Mäusezellen in Alleskönner-Stammzellen verwandelt - ohne Gentechnik einzusetzen.. Nun machte ein Team aus südkoreanischen und US-amerikanischen Forschern dasselbe mit menschlichen Zellen: Robert Lanza von der Firma "Stem Cell and Regenerative Medicine International" in Worcester (US-Bundesstaat Massachusetts) berichtet zusammen mit Kollegen im Fachmagazin " Cell Stem Cell", wie er Zellen aus der Vorhaut von Neugeborenen mit einem Proteingemisch reprogrammierte.

Genau wie Ding benutzten die Wissenschaftler die Proteine, die von den Steuerungsgenen c-Myc, Oct4, Sox2, Klf4 produziert werden. Wissenschaftler hatten diese Gene bisher immer direkt in die Zellen eingeschleust - üblicherweise mit Viren. Zwar wurde diese Methode schrittweise verbessert, letzten Endes barg sie jedoch noch immer das Risiko, dass das Erbgut der Zellen beschädigt werden konnte. Für eine mögliche Therapie wären die auf diese Weise hergestellten Stammzellen nicht geeignet gewesen.

Ding hatte erstmals gezeigt, dass die Reprogrammierung auch ganz ohne Gentechnik möglich war - ein wesentlicher Fortschritt auf dem Weg zur maßgeschneiderten sauberen Stammzelle. Hatte man doch nun die Möglichkeit, patientenspezifische Zellen herzustellen, ohne deren Erbgut verändern zu müssen. Ding gelang das jedoch nur mit Mäusezellen, Lanza und seine Kollegen bewiesen die Tauglichkeit der Methode nun auch für menschliche Zellen.

Die erzeugten Stammzellen nennen die Forscher Protein-induzierte pluripotente Stammzellen (piPS). In ihren Alleskönner-Fähigkeiten unterscheiden sie sich nicht von denen embryonaler Stammzellen. Lanza und seine Kollegen konnten aus ihnen verschiedenste Zelltypen züchten, darunter Nerven- und Muskelzellen.

Chronik der Stammzellforschung
1998 - Embryonale Stammzellen
Die internationale Stammzellforschung hat sich seit 1998 extrem rasch entwickelt. Der US-Forscher James Thomson gewann damals weltweit erstmals embryonale Stammzellen aus übriggebliebenen Embryonen von Fruchtbarkeitskliniken. Sie galten sofort als Hoffnungsträger, um Ersatzgewebe für Patienten mit Diabetes, Parkinson oder anderen Erkrankungen zu schaffen. Die Technik ist aber ethisch umstritten, da dafür Embryonen zerstört werden müssen. In Deutschland ist sie verboten. Seitdem suchen Forscher nach ethisch unbedenklichen Wegen.
2006 - Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)
Im August 2006 präsentieren die Japaner Kazutoshi Takahashi und Shinya Yamanaka eine erste Lösung. Sie versetzen Schwanzzellen von Mäusen mit Hilfe von vier Kontrollgenen in eine Art embryonalen Zustand zurück. Das Produkt nennen sie induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Der Nachteil: Die eingesetzten Gene können das Krebsrisiko bei einem späteren medizinischen Einsatz erhöhen.
2007 - Menschliche iPS-Zellen
Im Jahr 2007 gibt es entsprechende Erfolge mit menschlichen Hautzellen. Nach und nach können die Forscher auf ein Kontrollgen nach dem anderen verzichten, um die iPS-Zellen herzustellen.
Februar 2009 - Nur noch ein Reprogrammier-Gen
Im Februar 2009 präsentiert der Münsteraner Professor Hans Schöler iPS-Zellen von Mäusen, die er nur mit Hilfe eines Kontrollgens aus Nervenstammzellen gewonnen hatte.
März 2009 - Reprogrammier-Gene entfernt
Anfang März 2009 stellen zwei Forscherteams schließlich iPS-Zellen vor, die keinerlei Kontrollgene mehr im Erbgut enthalten. Sie hatten die Kontrollgene in das Erbgut von menschlichen Hautzellen eingefügt und nach der Arbeit wieder aus dem Erbgut herausgeschnitten.
März 2009 - Reprogrammier-Gene nicht im Erbgut
Ende März 2009 veröffentlicht der US-Forscher James Thomson eine Arbeit, bei der er die Kontrollgene nicht einmal mehr ins Erbgut der Zellen einschleusen muss. Er gab sie nur in einem Ring (Plasmid) in die Zelle und zog sie später wieder heraus.
April 2009 - Reprogrammierung von Mauszellen mit Proteinen
Ende April 2009 kommt ein US-amerikanisches Forscherteam um Sheng Ding mit Beteiligung von Hans Schöler ganz ohne Gene aus und nutzt nur noch Proteine, um die Hautzellen von Mäusen zu reprogrammieren. Damit ist das zusätzliche Krebsrisiko ausgeschlossen, das beim Einsatz von eingeschleusten Genen generell besteht.
Mai 2009 - Reprogrammierung menschlicher Zellen mit Proteinen
Einem südkoreanisch-US-amerikanischem Team um Robert Lanza gelingt die Reprogrammierung menschlicher Hautzellen nur durch Zugabe von Proteinen.
Oktober 2010 - Reprogrammierung menschlicher Zellen mit RNA-Schnipseln
Bostoner Forscher um Derrick Rossi probieren eine weitere Methode, um das Einschleusen von Fremd-DNA zu vermeiden: Das Team erzeugte künstliche Schnipsel aus sogenannter Messenger-RNA. Diese Moleküle entstehen in der Zelle während der Übersetzung des Gens in das Protein. Mit Hilfe dieser modifizierten RNA-Moleküle werden diejenigen Erbinformationen in die Zelle geschleust, die zur Herstellung der Reprogrammierproteine notwendig sind. Die RNA-Moleküle dringen nicht in den Zellkern und beschädigen somit nicht das darinliegende Erbgut, wie es etwa bei der Virenmethode der Fall ist. Zudem ist die Methide wesentlich effizienter und schneller als bisherige Verfahren zur Herstellung von iPS.
Januar 2010 - Direkte Umwandlung von Körperzellen
Warum den Umweg über Stammzellen gehen? Einem Forscherteam um Marius Wernig von der Stanford University School of Medicine gelang es, Hautzellen von Mäusen direkt in einen anderen Zelltyp zu verwandeln. Die Forscher schleusten drei Gene in die Zellen und verwandelten die Hautzellen in weniger als einer Woche in voll funktionstüchtige Nervenzellen.
Januar 2011 - Direkte Umwandlung ohne Umweg über Stammzellen
Einen Schritt weiter gehen Forscher vom Scipps Research Institute im kalifornischen La Jolla: Sie nehmen quasi eine Abkürzung. Anstatt die Körperzellen erst in pluripotente Stammzellen umzuprogrammieren, wandelten sie Hautzellen direkt in Herzzellen um. Das Verfahren könnte die Herstellung von Körper-Ersatzteilen extrem beschleunigen.
Februar 2011 - Forscher entdecken gefährliche Mutationen
Zwei große Forscherteams haben sich an die Arbeit gemacht und das Erbgut verschiedener iPS-Zelllinien untersucht. Dabei haben sie festgestellt, dass es bei der Herstellung von iPS-Zellen zu genetischen Veränderungen kommen kann, die sogar das Risiko für Krebs erhöhen könnten. Das wirft Zweifel an der Zuverlässigkeit und Praxistauglichkeit der neuen Technik auf, die als vielversprechend für die Zucht von körpereigenen Geweben für Transplantationen gilt. Die Forscher fordern daher jetzt die genaue genetische Untersuchung der vielseitigen Zellen, bevor erste Studien an Patienten beginnen.
Die Methode hat jedoch auch Nachteile: Die Ausbeute ist gering, weil die Zellen die großen Proteine nur in geringem Maße aufnehmen. Lanzas Team musste die Behandlung mehrere Male wiederholen, bis die Reprogrammierung gelang. Letzten Endes wurden aber nur 0,001 Prozent der eingesetzten Zellen in Stammzellen verwandelt, berichten die Forscher. Außerdem dauerte der gesamte Vorgang acht Wochen.

Die Wissenschaftler betonen in ihrer Arbeit auch, dass sie - im Gegensatz zu Ding und seinem Team - keinerlei zusätzliche Chemikalien einsetzten. Ding hatte zu den Proteinen noch Valproinsäure gegeben, um die Ausbeute an reprogrammierten Zellen zu erhöhen. Lanza kritisiert, dass der Einsatz dieser Chemikalie auch das Erbgut von Zellen verändern kann - seine Methode also noch sauberer ist.

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