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Embryonale Stammzellen: Wie Zauberwichtel einer neuen Medizin

Foto: University of California, L.A.

Medizin Großmarkt der Zellen

An Querschnittgelähmten sollen in den USA demnächst die ersten Versuche mit embryonalen Stammzellen beginnen. Schon konkurrieren US-Biotech-Start-ups um die besten Verfahren zur Herstellung spezialisierter Zelllinien. Kann die Technik die hochgesteckten Erwartungen erfüllen?

Wäre es nicht großartig, man könnte in einer Art Ersatzteillager des Lebens stöbern wie im Ikea-Katalog? Hier ein paar Gramm Gewebe für die kränkelnde Leber; dort eine Großpackung insulinproduzierende Inselzellen; und, derzeit besonders günstig: Zellen, um das gebrochene Rückgrat zu richten?

"Eine Injektion reicht - das ist die Macht dieser Therapie", sagt Thomas Okarma, Chef der US-Biotech-Firma Geron. Das Unternehmen aus dem kalifornischen Menlo Park ist der Vision vom Großmarkt für Zellen so nah wie kein anderes. Mehreren Querschnittgelähmten wollen Okarma und seine Kollegen bald eine Zellsud-Spritze aus dem Labor setzen, und zwar just an jener Stelle, an der das Rückenmark der Patienten zerbarst. Dann soll wieder zusammenwachsen, was einst verbunden war (siehe Grafik in der Fotostrecke).

Der spektakuläre Geron-Versuch ist die erste klinische Studie weltweit, bei der Patienten mit Zellen behandelt werden sollen, die aus menschlichen embryonalen Stammzellen gezüchtet wurden. Die Auflagen für das Experiment sind beträchtlich: 21.000 Seiten umfasste der Antrag, den Geron im vergangenen Jahr bei der USamerikanischen Food and Drug Administration (FDA) einreichte. Und selbst das reichte der Behörde noch nicht: Erst vergangene Woche wurde bekannt, dass die Firma weitere Unterlagen an die Behörde geschickt hat, um letzte Fragen zur Dosierung der Zellen zu klären.

"Diese Studie weist den Weg für den ganzen Forschungszweig"

Prompt knickte der Aktienkurs von Geron ein - ein Beleg für die Nervosität, mit der die Welt die heikle Zulassungsprozedur verfolgt. "Diese Studie weist den Weg für den ganzen Forschungszweig", sagt Hans Keirstead von der University of California in Irvine. Der Kanadier hat die Grundlagen für die innovative Therapie gelegt. Und er weiß: Das Geron-Experiment ist die Nagelprobe für die ganze Zunft. Scheitern die kalifornischen Labortüftler - etwa wenn einer der Patienten durch die Therapie erkrankt oder gar stirbt -, stürzen die Hoffnungen von Zigtausenden in sich zusammen. Ist der Ansatz hingegen erfolgreich, bricht ein neues Kapitel der Medizin an.

Seit Jahren schon kündigen die Forscher an, Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson oder Diabetes heilen zu wollen. Ist jetzt der Zeitpunkt gekommen, an dem sie die Prophezeiungen endlich einlösen können? "Die Forschung hat einen kritischen Punkt erreicht", sagt Alan Trounson vom California Institute for Regenerative Medicine, dem größten Geldgeber für Stammzellstudien weltweit.

Der Optimismus der Wissenschaftler speist sich aus den fast magisch anmutenden Eigenschaften der embryonalen Stammzellen. Wie die Zauberwichtel einer neuen Medizin können sie sich einerseits schier unendlich vermehren. Andererseits sind sie in der Lage, sich in alle Typen menschlicher Körperzellen zu verwandeln. Stammzellen sind der Ursprung der Blutzellen, die durch die Aorta pulsen, der Muskelzellen des Bizeps und der Nervenzellen, die im Gehirn die Erinnerung an den ersten Kuss speichern.

Diese Wandlungsfähigkeit der zellulären Alleskönner macht sie zum idealen Rohstoff für ein umfassendes Ersatzteillager des Körpers. Fast überall im Organismus, so die Hoffnung, könnten sie zerstörtes Gewebe reparieren.

"Die Forschung an Stammzellen könnte über die nächsten 20 Jahre eine 500-Milliarden-Dollar-Industrie hervorbringen", prophezeit Bernard Siegel, Chef des Genetics Policy Institute in Florida. Schon arbeitet der Pharmariese Pfizer mit dem britischen Zellbiologen Pete Coffey daran, Blinden ihr Augenlicht wiederzugeben. Der Forscher vom University College London hat aus embryonalen Stammzellen Netzhautzellen gezüchtet. Eine erste klinische Studie soll 2011 starten.

Neidische Blicke über den Atlantik

Deutsche Forscher blicken neidisch über den Atlantik, wo sich ein Stammzell-Startup nach dem anderen gründet. Im März erst liberalisierte US-Präsident Barack Obama den von seinem Amtsvorgänger stark eingeschränkten Forschungszweig.

Mehr Zellmaterial als je zuvor können US-amerikanische Forscher nun bald im Labor auf Heilung programmieren. Zugriff auf etwa 800 Stammzelllinien haben die US-Experten schon heute. Rund eine halbe Million Embryonen liegen zwischen Boston und San Diego auf Eis für die Forschung bereit.

La Jolla, Kalifornien: In den Laborräumen des Burnham Institute for Medical Research träufelt ein knallgelber Roboter immer neue Chemikalien in winzige Reaktionsgefäße mit Stammzellsuppe. Gut gerührt werden die Mixturen dann vollautomatisch mikroskopiert, um die Zellentwicklung zu überwachen.

Mehr als 200.000 Moleküle täglich kann der Roboter durchtesten. Das Ziel des Massen-Screening: Die Maschine soll jene Substanzen identifizieren, die embryonale Stammzellen in hochspezialisierte Herzmuskelzellen verwandeln. Wer die Geheimnisse dieser Metamorphose entschlüsselt, kann Ersatzzellen für jedes kranke Herz herstellen.

Der Biologe Mark Mercola, Herr über die famose Maschine, ist diesem Ziel bereits recht nahe. Er will künftig Infarktpatienten heilen, indem er ihnen aus Stammzellen herangereifte Herzmuskelzellen direkt ins Herz spritzt. Bei Mäusen hat der Trick schon funktioniert. "Nun geht es darum, genug Zellen für eine klinische Studie zu produzieren", sagt Mercola.

Denn Millionen hochspezialisierter Zellen sind nötig, um zerstörtes Gewebe im Körper zu ersetzen. Rezepturen für die Massenproduktion spezifisch zugeschnittener Zellen, von den Forschern Vorläuferzellen genannt, sind daher Gold wert.

Geron etwa hat neben den speziellen Zellen für die Behandlung Querschnittgelähmter, Kürzel GRNOPC1, auch jungfräuliche Leberzellen, Knorpelzellen zur Arthrose-Behandlung und Knochenzellen gegen Osteoporose entwickelt.

Bis zu zehn Milliarden motorische Nervenzellen pro Woche

Oder das Biotech-Start-up California Stem Cell (CSC): Bislang teilen sich nur zwölf Angestellte das kaum 200 Quadratmeter große Büro der Firma in Irvine. Die Hälfte des Raums nimmt ein provisorisch wirkendes Labor ein. Doch der Eindruck täuscht: CSC wird vermutlich das zweite Unternehmen weltweit sein, dessen Zellprodukte im Krankenhaus benutzt werden.

"Wir stellen bis zu zehn Milliarden motorische Nervenzellen pro Woche her", schwärmt Chris Airriess von CSC. Die Zellen steuern normalerweise die Muskulatur des Körpers. Bei degenerativen Krankheiten des Nervensystems wie Kinderlähmung oder der tödlichen amyotrophischen Lateralsklerose versagen sie den Dienst. Einen Milliardenmarkt verspricht sich Airriess, sollten die Ersatzzellen aus dem Labor tatsächlich Heilung bringen.

"Es gibt Risiken, die herkömmliche Medikamente nicht haben"

Anfang 2010 könnte die Genehmigung für erste klinische Versuche erteilt werden. Zunächst will die Firma ihre Zellersatztherapie an Babys mit einer tödlichen Form der sogenannten Spinalen Muskelatrophie testen. Bei dem Leiden degeneriert das Rückenmark schon im Säuglingsalter. Weil irgendwann die Atemmuskulatur versagt, erlebt kaum ein erkranktes Kind den zweiten Geburtstag.

"First-in-man" nennen die Firmen derlei Versuche. Mit ihnen ist noch kein Geld zu verdienen; dafür ist die Zahl der Kranken viel zu gering. Andererseits jedoch ist das Risiko für die Unternehmen nicht sehr hoch, weil den Patienten bislang ohnehin nicht geholfen werden kann.

Denn dass bei den ersten Menschenversuchen mit Präparaten aus embryonalen Stammzellen etwas schiefgehen kann, bestreiten selbst die Befürworter der Technik nicht. Um jeden Preis will die Branche einen Fall wie jenen des 18-jährigen Amerikaners Jesse Gelsinger vermeiden. Der starb 1999 bei dem Versuch, sein Leberleiden mittels Gentherapie zu heilen. Der Todesfall diskreditierte den ganzen Forschungszweig.

Gentherapie funktioniert völlig anders als Stammzelltherapie. Und doch sehen manche Forscher Parallelen. "Viele der sozialen und ökonomischen Kräfte, die damals die Gentherapie in die Kliniken brachten, existieren heute wieder", sagt James Wilson von der University of Pennsylvania. "Ich bin besorgt, dass die Erwartungen an die embryonalen Stammzellen höher sind, als es der Entwicklungsstand des Forschungsfelds rechtfertigt."

"Es gibt Risiken, die herkömmliche Medikamente nicht haben"

Vor allem in der Öffentlichkeit entstehe schnell ein falsches Bild, sagt Wilson. So hatte beispielsweise die US-Frühstücksshow "Good Morning America" seine Berichterstattung über den Geron-Coup mit manipulierten Bildern des paralysierten Superman-Mimen Christopher Reeve unterlegt. Am Ende des Berichts stand der 2004 gestorbene Reeve, zeit seines Lebens prominenter Lobbyist der Stammzelltherapie, aus dem Rollstuhl auf.

Wilsons Wort hat Gewicht. Denn er war es, der vor fast zehn Jahren die Gelsinger-Studie leitete. Und tatsächlich sind sich die Forscher weitgehend einig, dass Stammzellen ein Krebsrisiko bergen. Manche Tumorzellen seien embryonalen Stammzellen sogar verblüffend ähnlich, berichtet Catriona Jamieson von der University of California in San Diego: "Sie nutzen eine vergleichbare molekulare Maschinerie."

"Es gibt Risiken, die herkömmliche Medikamente nicht haben", bestätigt auch Irvine-Forscher Keirstead. Embryonale Stammzellen seien lebendes Material. Einmal im Körper, ließen sie sich nicht mehr entfernen. "Und ihre Vermehrungsfähigkeit ist phänomenal; es lassen sich leicht Kubikmeter davon herstellen!"

Doch bei den nun geplanten Therapien gehe es gar nicht um die Verwendung der undifferenzierten Zellen, versichert Keirstead. "Niemand, der noch alle fünf Sinne beisammen hat, transplantiert einfach embryonale Stammzellen." Vielmehr sei das Ziel, möglichst weit ausdifferenzierte Zellen in hoher Reinheit für die Patienten bereitzustellen.

Zu über 99 Prozent bestehen beispielsweise die Zellkulturen von California Stem Cell aus Motorneuronen. Die Experten von Geron erreichen ähnlich gute Werte. "Wir haben Nährlösungen mit fast genau jenen Hormonen und Wachstumsfaktoren entwickelt, die auch in der Natur diesen Zelltyp hervorbringen", sagt Keirstead. Derart gereifte Zellen hätten ihre Teilungsfähigkeit fast vollständig eingebüßt und könnten daher keine Geschwulst mehr bilden. Die Reinheit sorge zudem dafür, dass "möglichst wenig Ausreißer transplantiert werden, die später Probleme machen könnten".

Nager konnten nach Therapie die gelähmten Hinterbeine bewegen

Tierversuche geben dem Forscher recht: An fast 2000 Ratten und Mäusen erprobten die Geron-Experten die Therapie. Tumoren bildeten sich in keinem Fall. Selbst die bei Medizinern gefürchtete Abwehrreaktion des Immunsystems blieb weitgehend aus, vermutlich eine Folge der jungfräulichen Eigenschaften der Stammzellen.

Stattdessen konnten einige Nager nach der Therapie tatsächlich wieder ihre zuvor fast vollständig gelähmten Hinterbeine bewegen. Keirstead: "Die Reparatur war dauerhaft."

Diesen Erfolg will Geron-Chef Okarma nun beim Menschen wiederholen. Können die Zellbiologen des Unternehmens die letzten Bedenken der FDA ausräumen, wollen sie sich nach geeigneten Patienten umschauen: Die Verletzung des Rückenmarks muss in Brusthöhe liegen und frisch sein, damit das Nervengewebe noch nicht vernarbt ist. Mit einer Spezialvorrichtung sollen die Zellen den Patienten direkt ins Rückenmark injiziert werden. Dann heißt es abwarten.

"Ich erwarte nicht, dass die Leute aus ihrem Rollstuhl aufstehen", sagt der Kanadier Keirstead. Zunächst sei ohnehin nur eine Sicherheitsstudie mit einer geringen Zahl injizierter Zellen geplant.

"Jede noch so kleine Verbesserung wäre ein Triumph für die Patienten und auch für die Forschung", so Keirstead. Bekommt die Studie endgültig grünes Licht von der FDA, dann ist zumindest eines schon gewiss: Selten wurde ein medizinisches Experiment mit mehr Hoffnung und Bangen von der Welt verfolgt.

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