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Sensation im Labor: Forscher erzeugen Stammzellen mit Zitronensäure

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Sie sind die Alleskönner im Körper: Aus Stammzellen kann jede Art von Gewebe entstehen. Bisher ließen sie sich im Labor nur mit komplizierten Verfahren herstellen. Nun haben Forscher eine überraschend einfache Methode entdeckt. Ein kurzes Säurebad überführt Mauszellen in einen einzigartigen Embryonalzustand.

Es klingt erstaunlich banal, was japanische Forscher berichten: Statt Körperzellen mit aufwendigen Verfahren zu verjüngen, setzen sie ihr Versuchsmaterial einfach in ein Säurebad. Auf diese Weise erzeugten Haruko Obokata vom Riken-Zentrum für Entwicklungsbiologie im japanischen Kobe und ihre Kollegen aus Mauszellen wahre Alleskönner - und überraschen die Fachwelt nun mit ihren erstaunlichen Resultaten.

Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature": In einem Artikel beschreiben sie die Entstehung der Stammzellen, ein weiterer Aufsatz behandelt deren weitere Entwicklung.

Um die Stammzellen zu erzeugen, behandelten sie viele Körperzellen neugeborener Mäuse mit einer Lösung aus Zitronensäure, deren pH-Wert zwischen 5,4 und 5,8 lag. Eine halbe Stunde dauerte das Säurebad. Von jeweils 15 Zellen überlebten drei die Tortur, von denen eine sich daraufhin radikal verjüngte. Die so gewonnenen Stammzellen bezeichnen die Forscher als STAP-Zellen (stimulus-triggered acquisition of pluripotency).

"Ein Riesenfortschritt"

Pluripotente Zellen können sich wie embryonale Stammzellen zu vielen verschiedenen Gewebetypen weiterentwickeln. Zellen in diesen Zustand umzuprogrammieren, war Forschern bislang nur gelungen, indem sie deren Erbgut manipuliert oder sie biochemisch behandelt hatten. Im Vergleich dazu erschient die nun vorgestellte Methode enorm simpel und effizient. "Ich war wirklich sehr überrascht", beschrieb die Erstautorin Haruko Obokata in einer Pressekonferenz ihre Reaktion auf das gelungene Experiment.

Auch andere Forscher bezeichnen den neuen Ansatz als revolutionär. "Aus wissenschaftlicher Sicht ist das definitiv eine Großmeldung", sagt der Stammzellforscher Ulrich Elling vom Wiener Institut für Molekulare Biotechnologie. Denn gerade wenn pluripotente Stammzellen in Therapien eingesetzt werden sollten, dann sei dies nur ohne bleibende genetische Veränderungen möglich. "Insofern wäre dieses Verfahren schon ein Riesenfortschritt."

Neben dem Verfahren selbst sind die dabei entstehenden Stammzellen eine kleine Sensation. Denn sie entwickelten sich auch in Plazenta-Gewebe weiter, das den Embryo mit der Gebärmutterwand verbindet. "Die naheliegendste Erklärung ist tatsächlich, dass ein totipotenter Zelltyp entstanden ist, etwa vergleichbar mit Zellen eines zweizelligen Embryos", schlussfolgert Elling. Damit wären die STAP-Zellen noch undifferenzierter als embryonale Stammzellen.

Stresstest im eigenen Labor

Für folgende Studien bleiben also wichtige Fragen offen: Um welchen Zelltyp handelt es sich? Welche molekularen Mechanismen stecken hinter der Verjüngungskur im Säurebad? Und reagieren menschliche Zellen genauso wie die Mauszellen im Experiment?

Dass sich Zellen überhaupt derart verhalten, erscheint sinnvoll - auch innerhalb des Körpers, etwa wenn der Herzmuskel beim Herzinfarkt übersäuert und die Gewebezellen unter starken Stress geraten. Denkbar wäre also, dass STAP-Zellen einen Beitrag zu physiologischen Heilungsprozessen im Körper leisten. "Das ist eine sehr spannende Dimension der aktuellen Studie, aber das müssen weitergehende Experimente zeigen", schränkt Ulrich Elling ein.

Dagegen dürfte sich schon bald zeigen, ob der Säureschock zuverlässig als Verfahren zur Erzeugung von Stammzellen funktioniert: "Das Experiment werden nun sicher viele Wissenschaftler nachvollziehen wollen", vermutet Ulrich Elling. Auch er selbst werde es natürlich ausprobieren - ab Freitag dieser Woche, mit Mauszellen in seinem Labor in Wien.

Der erste Kerntransfer

DPA

Die Spezialisierung von Körperzellen ist umkehrbar. Das bewies 1962 erstmals der Brite John Gurdon, indem er Frösche klonte. Aus deren Eizellen entnahm er die Zellkerne und ersetzte sie mit Zellkernen aus Darmwandzellen. Aus den so veränderten Eizellen entstanden schließlich Kaulquappen. Für seine Entdeckung des somatischen Zellkerntransfers wurde Gurdon im Jahr 2012 mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

Klon auf vier Beinen

REUTERS

Als erstes geklontes Säugetier wird 1996 das Schaf Dolly geboren. Schottische Wissenschaftler hatten es mit Hilfe einer Euterzelle erzeugt, doch von Geburt an leidet Dolly an typischen Alterskrankheiten wie Arthritis. Im Alter von nur sechs Jahren muss das wohl berühmteste Schaf der Welt daher eingeschläfert werden. Seitdem steht Dolly im Museum.

Menschliche Stammzellen

AFP

Der US-Forscher James Thomson gewinnt die weltweit ersten Stammzellen aus menschlichen Embryonen. Diese Blastozysten wurden für die künstliche Befruchtung geschaffen, dort aber nicht verwendet. Thomson gilt seitdem als Vater der embryonalen Stammzellforschung, seine Arbeit ist jedoch umstritten. Kritiker werfen ihm vor, er missbrauche Embryonen als Rohstofflieferanten.

Der Skandal

AFP

Geklonte menschliche Stammzellen will Hwang Woo Suk im Labor hergestellt haben - eine bahnbrechende Nachricht. Doch dann stellen sich seine Studien als Fälschung heraus, schließlich zieht die Fachzeitschrift "Science" im Jahr 2006 beide Studien zurück. Hwang hatte weite Teile der Studien manipuliert. Trotzdem wird der südkoreanische Wissenschaftler weiter in der Stammzellforschung arbeiten.

Neue Alternative

REUTERS/ Center for iPS Cell Research and Application, Kyoto University

Lassen sich Stammzellen auch ohne Embryonen gewinnen? Dafür präsentieren japanische Forscher im August 2006 eine erste Lösung. Sie versetzen Mäusezellen mit Hilfe von vier Kontrollgenen in eine Art embryonalen Zustand zurück. Das Produkt nennen sie induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Drei Jahre späterwird es chinesischen Forschern gelingen, aus diesen Zellen sogar ganze Mäuse zu erschaffen.

Stammzellen ohne Gentechnik

James Thomson

Im Jahr 2009 ebnen mehrere Forscherteams weltweit den Weg zur sauberen Stammzelle, erzeugt ohne den Einsatz von Gentechnik. Zuerst gelingt dies bei Hautzellen von Mäusen - in Versuchen, an denen auch der Münsteraner Wissenschaftler Hans Schöler beteiligt ist. Kurze Zeit später berichten südkoreanische und US-amerikanische Forscher, auch menschliche proteininduzierte pluripotente Stammzellen hergestellt zu haben.

Menschliche Klon-Embryonen

DPA/ OHSU

Trotz aller Alternativen hat ein internationales Forscherteam einen brisanten Weg weiterverfolgt und menschliche Stammzellen durch Klonen erzeugt. Die Fachwelt ist verblüfft - vor allem, weil ungewöhnlich viele Eizellen in Zelllinien verwandelt werden konnten. Die neue Methode könnte die regenerative Medizin voranbringen. Zum reproduktiven Klonen ganzer Menschen sei sie aber höchstwahrscheinlich gar nicht geeignet, sagen die Wissenschaftler.

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insgesamt 21 Beiträge
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1.
Windlerche 29.01.2014
Ist das jetzt eine gute oder eine schlechte Nachricht?
2. Mit Vorsicht genießen
kanuffke 29.01.2014
Es wäre nicht die erste Sensationsmeldung aus der Wissenschsft, die sich beim Nachkochen verflüchtigt.
3. Das glaub ich erst
Dumme Fragen 29.01.2014
wenn es mehrfach von anderen Laboren verifiziert wurde und sichergestellt ist, dass es nicht schon Stammzellen waren, die dem Säurebad ausgesetzt waren!
4. Es ist eine gute Nachricht
bstendig 29.01.2014
Zitat von WindlercheIst das jetzt eine gute oder eine schlechte Nachricht?
für die Hersteller von Zitronensäure :-) Spaß beiseite. Wenn es funktioniert ist es sicher eine gute Nachricht. Man braucht dann keine embryonalen Stammzellen mehr.
5. Zitronensäure im
palla-manfred 29.01.2014
Hätte man vielleicht auch eher drauf kommen können: Laut PSCHYREMBEL (vor 25 Jahren) enthält die nicht uninteressante Rezeptur des männlichen Ejakulats auch Zitronensäure ! ;-)
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Stammzellen - die Multitalente
Embryonale Stammzellen (ES)
AFP
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.
Klon-Pionier und Zellzauberer

Das Erbgut
Genom
Das Genom bezeichnet das gesamte Erbgut eines Organismus. Außer bei einigen Viren besteht es immer aus DNA (Desoxyribonukleinsäure). Das Genom beinhaltet den Bauplan für die Produktion sämtlicher Proteine (Eiweißmoleküle), die ein Organismus zum Leben benötigt. Ein Gen ist ein Sequenzabschnitt auf dem Genom und beinhaltet die Erbinformation für ein Protein. Die einzelnen Bausteine der DNA sind vier verschiedene Basen: A, C, T und G.
Messenger-RNA (mRNA)
Die mRNA ist eine Art Genabschrift oder Blaupause der DNA. Nur die mRNA kann von den Proteinfabriken der Zellen, den sogenannten Ribosomen gelesen werden. Sie gibt ihnen vor, in welcher Reihenfolge Aminosäuren - die Bausteine von Proteinen - für das jeweilige Protein zu verknüpfen sind.
Codon
Ein Codon ist eine Folge von drei Bausteinen (Nukleotiden oder Basen) der DNA und analog auch der mRNA. Ein Codon steht für eine bestimmte Aminosäure oder als Stoppsignal, welches das Ende einer Bauanweisung für ein Protein kennzeichnet.
Genetischer Code
Der genetische Code ist die Zuordnung der Basen-Dreiergruppen und der Aminosäuren. Da vier verschiedene Basen zur Auswahl stehen, umfasst der genetische Code insgesamt 64 Codons. Für die meisten Aminosäuren gibt es daher mehr als ein Codon. So stehen beispielsweise die Codons CAG und CAA für die gleiche Aminosäure, die Glutaminsäure.
Transfer-RNA (tRNA)
Die tRNAs übernehmen eine Adapterfunktion beim Bau der Proteine: Jede tRNA hat auf der einen Seite jeweils ein sogenanntes Anticodon, das passend zum Codon auf der mRNA ist. Auf der anderen Seite ist sie mit der zugehörigen Aminosäure beladen. Auf diese Weise wird der genetische Code auf der mRNA abgelesen und in die entsprechende Aminosäurekette zum Protein verwandelt. Dieser Prozess geschieht in den Ribosomen.


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