Organzucht in Hannover: Ersatz-Herz aus der Zellenküche

Man sieht sie schon mit bloßem Auge. Doch erst unter dem Mikroskop enthüllen die kleinen gelblichen Punkte in der rosafarbenenen Petrischale ihren vollen Zauber.

Die kleinen Bällchen zucken. Es sind frische Herzzellen einer Maus.

Vor wenigen Tagen waren sie noch Stammzellen. Aber Ina Gruh und ihre Mitarbeiter haben sie in die Bausteine eines Herzens verwandelt. Die Forscherin hat viele solcher Petrischalen in ihrem Brutschrank. Er steht in den Laboren des Lebao - ein Akronym, das für Leibniz Research Laboratories for Biotechnology and Artificial Organs steht. Es ist ein Teil der Medizinischen Hochschule Hannover.

Um zu prüfen, wie gut die Qualität der Zellen ist, lässt Ina Gruh sie arbeiten. Sie züchtet die Zell-Bällchen zu einer Art Mini-Expander. Die werden dann in einen eigens dafür konstruierten Apparat eingespannt, der misst, mit welcher Kraft sie zucken.

Artificial organs - Organe aus der Retorte. Sie zu züchten ist das Fernziel der Forscher. Im nächsten Schritt wollen sie kaputte Organe wenigstens reparieren.

Ina Gruh hofft, irgendwann einmal mit einer Art Herzpflaster Infarktpatienten helfen zu können. Es soll aus frischen Herzzellen bestehen, die aus der Haut des Patienten gezüchtet wurden.

Wie macht man aus einer Stamm- eine Körperzelle?

Das Prinzip: Eine Körperzelle wird in ihren embryonalen Urzustand zurückversetzt, dann wird sie zu einer induzierten pluripotenten Stammzelle (iPS) reprogrammiert. Aus diesen zellulären Alleskönnern kann dann jedes beliebige Gewebe gezüchtet werden. Und zwar maßgeschneidert für einen Patienten. Der Vorteil: Solchermaßen gezüchtetes Gewebe würde vom Immunsystem des Patienten nicht - wie bei transplantierten Zellen oder Organen - als Fremdkörper behandelt werden.

Soweit die Theorie.

Aber wie macht man aus einer Stamm- eine Nervenzelle, um Parkinson-Patienten zu helfen? Wie eine Herzmuskelzelle für die Behandlung von Herzinfarkten? Und wie Bauchspeicheldrüsenzellen für Diabetiker? Die Liste ist lang, im menschlichen Körper gibt es mehr als 200 verschiedene Zelltypen.

Ulrich Martin arbeitet sich an ihr ab. Er sieht nicht aus wie das Klischeebild eines Wissenschaftlers: braungebrannt, Bürstenschnitt, burschikos - der 41-Jährige könnte ein Surflehrer sein. Doch er leitet das Lebao. Stammzellen in Gewebe zu differenzieren sei wie Kochen, sagt er. Jede Zelle hat ihr eigenes Rezept, und dieses muss man herausfinden. Einen Plan gibt es selten. "Oft ist es mehr ein Herumprobieren als eine gezielte Optimierung", sagt Martin.

Alles beginnt mit der Verschmelzung von Spermium und Ei. Eine Zygote entsteht, die allererste Zelle eines künftigen Lebewesens. Ein paar Teilungen später beginnen die Zellen schon, getrennte Wege zu gehen. Die verschiedenen Richtungen der Entwicklung sind alle im Erbgut der Zellen enthalten - wie und wo, ist allerdings noch weitgehend unbekannt.

Jede Körperzelle besitzt zwar den kompletten Bauplan, hat aber alle jene Teile des Erbguts ausgeschaltet, die für ihre Aufgabe unwichtig sind. Wozu sollte eine Nervenzelle beispielsweise Hämoglobin produzieren? Oder eine Muskelzelle sich um Verdauungsprozesse scheren?

Herauszufinden, wann was wie wo abgeschaltet wird, ist die Herausforderung der Biologie des 21. Jahrhunderts.

Nervenzellen sind einfacher als Lungenzellen

Die Köche aus Hannover aber wollen erst einmal kleinere Süppchen kochen. Klar ist: Die Zutaten sind Proteine und Hormone, sie steuern die Entwicklungsrichtung der Zellen. Doch sie zu kennen reicht nicht. Ein Koch kippt auch nicht alles auf einmal in eine Schüssel. Es kommt auf die richtige Dosierung und die richtigen Zeitpunkte an, wann man eine Zutat hinzufügt.

Interessant ist, dass sich manche Zellen leichter kochen als andere, um in Martins Bild zu bleiben. Eine Herzzelle herzustellen ist komplizierter als eine Nervenzelle. "Und Lungenzellen sind noch mal schwieriger", sagt der Forscher. Nervenzellen jedoch entstünden fast schon von selbst.

Erstaunlich - denn immerhin sind sie die Bausteine der komplexesten Struktur, die die Evolution je hervorgebracht hat: des Gehirns.

Ulrich Martin wundert das allerdings nicht. "Nervenzellen sind mit das Erste, was in der Entwicklung eines Embryos entsteht." Schließlich braucht der Embryo eine ganze Menge davon - das Gehirn des Menschen besteht Schätzungen zufolge aus 100 Milliarden bis einer Billion Zellen. Der menschliche Körper hat etwa zehn bis hundert Billionen Zellen.

Dass Lungenzellen schwieriger herzustellen sind, könnte daran liegen, dass sie sich erst sehr spät im werdenden Menschen bilden. Der Embryo schwimmt im Fruchtwasser der Gebärmutter und erhält seinen Sauerstoff über die Nabelschnur. Die Lunge braucht er erst nach der Geburt.