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Stammzellforschung: Forscher erzeugen Mäuse aus reprogrammierten Körperzellen

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Wie gut sind Stammzellen aus reprogrammierten Körperzellen? Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass sie offenbar ähnlich potent sind wie embryonale. Die Forscher erzeugten aus den Zellen vollständig neue Mäuse.

Stammzelle ist nicht gleich Stammzelle: Nach den schwierigen Debatten um die embryonalen Stammzellen, die ethisch umstritten sind, weil zu ihrer Erzeugung Embryonen zerstört werden müssen, öffnete sich der Wissenschaft ein neuer Weg. 2006 gelang es dem Japaner Shinya Yamanaka, Körperzellen durch Zugabe von vier Genen zu Alleskönner-Stammzellen zu reprogrammieren. Aus Körperzellen waren in einen ursprünglichen, embryonalen Zustand zurückversetzte Stammzellen geworden.

Gesunde Maus: Aus reprogrammierten Körperzellen erzeugt
Dr Qi Zhou

Gesunde Maus: Aus reprogrammierten Körperzellen erzeugt

Auf diesen sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) ruhen enorme Hoffnungen. Doch es gab auch immer wieder Zweifel, ob diese Zellen wirklich solche Alleskönner sind wie embryonale Stammzellen - sprich - ob sie tatsächlich pluripotent sind und sich in jede Zelle des Körpers verwandeln lassen. So berichtete eine Forschergruppe unlängst im Magazin "Cell Stem Cell", dass iPS-Zellen andere genetische Aktivität zeigen als embryonale Stammzellen.

Nun haben zwei chinesische Forscherteams offenbar den letzten Zweifel an der Pluripotenz ausgeräumt: Sie schufen aus iPS-Zellen gänzlich neue Tiere - im Prinzip klonten sie die Mäuse. Allerdings nicht nach der gängigen Methode. Der Erfolg gelang zwei chinesischen Forschergruppen gleichzeitig, die beiden Teams veröffentlichten ihre Arbeiten parallel in den Journalen "Nature" und "Cell Stem Cell".

Bereits zuvor war ein gängiger Test auf Pluripotenz von iPS-Zellen gewesen, ob man mit ihnen Chimären erschaffen konnte. Dazu injiziert man die Zellen in einen frühen Embryo. Integrieren sich die Zellen in den Organismus und bilden verschiedenste Körpergewebe mit aus - und sogar Spermien oder Eizellen -, gilt das als Pluripotenz-Nachweis. Allerdings war es noch nie zuvor gelungen, aus iPS-Zellen einen vollständigen Organismus zu erzeugen.

Um das zu vollbringen, injizierte das Team um Xiao-yang Zhao, das seine Arbeit in "Nature" vorstellte, die iPS-Zellen nicht in einen normalen frühen Embryo, sondern in veränderte Zellen mit dem vierfachen Chromosomensatz. Aus diesen Zellen kann kein Organismus entstehen, sondern Gewebe, das den Embryo unterstützt - die Plazenta. Das Verfahren trägt den Namen tetraploide Embryo-Komplementierung.

Das Team um Zhao erzeugte nun mit der Yamanaka-Methode insgesamt 37 iPS-Zelllinien aus den Körperzellen erwachsener Mäuse. Dann mischten sie die Plazenta-Vorläuferzellen mit den iPS-Zellen. Bei Erfolg entstand aus den iPS-Zellen ein kompletter Embryo und daraus eine gesunde Maus, die also ein Klon der Maus war, aus deren Körperzellen die iPS-Zellen erzeugt worden waren.

Zhao und seinem Team gelang es tatsächlich, auf diese Weise lebensfähige Mäuse zu bekommen. Einige davon zeugten sogar Nachwuchs, berichteten die Forscher.

Allerdings klappte das Verfahren nur mit dreien der insgesamt 37 iPS-Zelllinien. Außerdem war die Ausbeute sehr gering: Die Forscher injizierten iPS-Zellen in insgesamt 848 Plazentavorläufer, 27 Mäuse wurden geboren. Das entspricht drei Prozent.

Von ähnlichen Resultaten berichtet die Gruppe um Shaorong Gao vom Nationalen Institut für Biowissenschaften in Peking im Journal "Cell Stem Cell". Sie schuf fünf neue iPS-Zelllinien. Aus einer ließen sich - ebenfalls über den Weg der tetraploiden Embryo-Komplementierung - lebende Mäuse gewinnen. Ein Tier überlebte, bis es erwachsen war.

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.

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Reprogrammierung: Aus Körper- mach Stammzelle


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