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Stammzellen: Forscher reparieren kranke Mäuseherzen

Neues Gewebe für kranke Herzen: Wissenschaftler haben mit Hilfe von Stammzellen Mäuseherzen wieder repariert, die von einem Herzinfarkt geschädigt waren. Bis zu einer Therapie am Menschen müssen aber noch Risiken ausgeschlossen werden.

Chicago - US-Forscher haben nach einem Herzinfarkt beschädigte Mäuseherzen mit Hilfe von Stammzellen teilweise repariert. Die Wissenschaftler um Andre Terzic von der Mayo Clinic in Rochester (US-Bundesstaat Minnesota) verwandelten dazu Körperzellen der Maus in Alleskönner-Stammzellen. Wie die Forscher im Fachmagazin " Circulation" berichten, bauten die Zellen zerstörtes Herzgewebe wieder auf.

iPS-Zellen: Heilten erkranktes Herzgewebe von Mäusen
MPI Münster / Jeong Beom Kim

iPS-Zellen: Heilten erkranktes Herzgewebe von Mäusen

Für das Experiment verwendeten die Wissenschaftler Vorläuferzellen von Haut- und Bindegewebszellen, die sie den Mäusen entnahmen. Durch Einschleusen von vier Genen verwandelten sie die Zellen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS).

Terzic und seine Kollegen injizierten die iPS-Zellen in den Herzmuskel erwachsener Mäuse, die zuvor einen Herzinfarkt erlitten hatten. Daraufhin bildeten die Zellen neues Herzmuskelgewebe. Binnen vier Wochen stoppten sie die Ausbreitung der Schäden, stellten die Leistung der Herzmuskulatur wieder her und heilten das Gewebe am Ort der Schädigung.

Pluripotente Stammzellen können sich in jede Art von Zellen im Körper verwandeln. Die Medizin setzt große Hoffnungen in sie, weil sie eine regenerative Medizin theoretisch möglich machen, mit der man einmal beschädigte Organe reparieren könnte. Parkinson, Diabetes oder Herzerkrankungen könnten mit einer Stammzelltherapie einmal behandelt werden. Anfangs konnten nur embryonale Stammzellen für solche Versuche eingesetzt werden, was ethisch hoch umstritten ist, weil dafür eigens Embryonen erzeugt werden müssten. Seit 2007 ist es aber auch möglich, die Stammzellen von Erwachsenen umzuprogrammieren, was der Forschung einen deutlichen Schub gab.

Die Forscher hoffen, die Zellen auch bald bei Herzpatienten einsetzen zu können. Allerdings gibt es auch Risiken: Zum einen ist noch nicht klar, ob iPS-Zellen wirklich die gleichen Eigenschaften wie embryonale Stammzellen besitzen. Weiterhin können Stammzellen Tumore auslösen. Wissenschaftler forschen daher daran, die Stammzellen zuvor zu Herzzellen zu züchten, um dann Patienten eine Art Herzpflaster aus frisch gezüchtetem Gewebe einzusetzen.

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.

lub/AFP

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