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Stammzellen: Hodenzellen verwandeln sich von selbst in Alleskönner

Es könnte eine neue, unbedenkliche Quelle für Stammzellen sein: Hodengewebe. Wissenschaftlern aus Münster haben aus den Hoden von Mäusen Alleskönner-Zellen erzeugt - nur durch spezielle Zuchtbedingungen.

Münster - Bestimmte Zellen können sich auch von ganz allein zu einer Art embryonaler Stammzellen entwickeln. Lässt man den speziellen Hodenzellen viel Platz in der Kulturschale und genügend Zeit, dann versetzten sich einige von ihnen von selbst zurück in einen embryonalen Zustand. Das berichteten Wissenschaftler um Kinarm Ko und Hans Schöler vom Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Biomedizin in Münster. Die neuen Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift " Cell Stem Cell" veröffentlicht.

"Jedes Mal, wenn wir ungefähr 8000 Zellen in die einzelnen Gefäße der Zellkultur-Platten gefüllt hatten, haben sich einige der Zellen nach zwei Wochen selbst reprogrammiert", erklärte Kinarm Ko.

Normalerweise können die Keimbahn-Stammzellen im Hoden nur immer wieder neue Spermien bilden. Nachdem Ko und Schöler die Zellen durch die Zuchtbedingungen in Alleskönner-Zellen verwandelten, ließen sich daraus unter anderem Herz- und Nervenzellen züchten.

Die Alleskönner-Fähigkeiten der Zellen wiesen die Forscher auch dadurch nach, dass sie sie in Mäuse-Embryonen spritzten. Anschließend integrierten sich die Zellen in den wachsenden Organismus und es entstanden Mäuse mit gemischtem Erbgut, sogenannte Chimären. Die Zellen enthielten ein Fluoreszenz-Gen, sodass die Forscher deren Entwicklung verfolgen konnten. Die fremden Zellen integrierten sich auch in die Keimbahn der Chimären-Mäuse und wurden an die Nachkommen weitergegeben.

Der automatischen Reprogrammierung waren die Wissenschaftler bei Routine-Grundlagenforschungen auf die Spur gekommen. Weil im Mäusehoden verschiedene Zelltypen existieren, suchten sie einen klar definierten - und fanden dabei die sehr agilen Keimbahn-Stammzellen. Die daraus erzeugten Zellen nennen die Forscher gPS-Zellen, was für germline derived pluripotent stem cells steht - aus der Keimbahn abgeleitete pluripotente Stammzellen.

Die Reprogrammierung von Körperzellen in pluripotente Alleskönner-Stammzellen hatten mehrere Forschergruppen immer weiter verfeinert - anfangs war es noch nötig, mit Viren vier bestimmte Gene in die Zellen einzuschleusen. Die Zahl der Gene wurde schrittweise immer weiter reduziert, auch auf Viren konnte man verzichten. Zuletzt war es einer Gruppe gelungen, Zellen nur noch mit Proteinen zu verwandeln (siehe Chronologie unten). Nun gelang die Reprogrammierung den Münsteraner Wissenschaftlern an Keimbahn-Stammzellen aus dem Hoden von Mäusen nur noch durch geeignete Wachstums-Bedingungen.

Fortschritte dieser Art in der Stammzell-Technik könnten die bisher für die Forschung noch so wichtigen, aber umstrittenen embryonalen Stammzellen irgendwann ersetzen. "Das Hauptziel ist, nur mit einem Substanz-Cocktail auszukommen", sagte Schöler.

Der in Münster entdeckte selbstständige Neustart der Keimbahn- Stammzellen sei ein erster Schritt auf dem Weg, auch Körperzellen ohne größere Eingriffe in eine Art embryonale Stammzelle zurückzuverwandeln.

Mit Blick auf einen späteren Einsatz der Zellen zu medizinischen Therapiezwecken sei der nächste Schritt, auf diese Art und Weise auch menschliche Zellen zu reprogrammieren, sagte Schöler. "Körperzellen von reprogrammierten Keimbahn-Stammzellen von Menschen abzuleiten ist deswegen so interessant, weil sie fast keine Erbgutschäden tragen."

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/dpa

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Reprogrammierung: Aus Körper- mach Stammzelle


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