23.11.1998

BIOTECHNIK„Es gibt kein Halten mehr“

US-Forscher verschmolzen eine menschliche Zelle mit der Eizelle einer Kuh und isolierten unsterbliche Stammzellen aus Embryonen. Die Forscher versprechen sich davon eine neue Ära der Medizin. Die Abwehrfront der Skeptiker bröckelt.
Niemand bettelt gern um Embryonen. Auch James Thomson nicht. Er weiß, daß die Patienten 8000 bis 10 000 Dollar für die Reagenzglaszeugung am In-vitro-Labor der University of Wisconsin gezahlt haben - und daß viele von "ihrem Baby" sprechen, wenn sie ein winziges Zellklümpchen meinen, das tiefgefroren im Kühltank der Klinik lagert.
Trotzdem war für Thomson klar: Nur mit Hilfe menschlicher Embryonen würde er als Sieger aus einem schon 17 Jahre währenden Wettrennen hervorgehen können, das die Zeitschrift "Technology Review" zum "spannendsten, umstrittensten und verschwiegensten aller wissenschaftlichen Unterfangen" kürte - der Jagd nach menschlichen Embryo-Stammzellen (ES-Zellen).
Deshalb hat es der Entwicklungsbiologe immer wieder versucht. 14 Paare, die ihren Kinderwunsch entweder erfüllt oder aufgegeben hatten, konnte er dazu überreden, ihre nutzlos gewordenen Embryonen der Forschung zu schenken.
Die Beharrlichkeit hat sich für Thomson ausgezahlt. Schneller als allen Konkurrenten gelang es ihm, aus den gespendeten Gewebeklümpchen jene Zellen herauszufischen, die nach Auffassung vieler Experten die Medizin revolutionieren könnten.
Als "Schatzhaus der Möglichkeiten" und "Goldmine" priesen Thomsons Kollegen die Zellen, die er in seinem Labor gewonnen hat. Zwei Eigenschaften sind es, die sie einzigartig erscheinen lassen: Sie sind unsterblich und völlig undifferenziert.
Sie scheinen unbegrenzt teilungsfähig, ohne je Anzeichen des Alterns zu zeigen. Und sie besitzen, zumindest theoretisch, die Fähigkeit, sich in jede der rund 210 Gewebstypen des menschlichen Körpers zu verwandeln: in Herz oder Hirn, in Leber, Haut oder Knochen. Visionäre sehen bereits eine Zeit anbrechen, in der eine neue Ersatzteilindustrie Millionen von Patienten mit Organen nach Maß versorgt.
Die Okulare von Thomsons Mikroskop gewähren einen Ausblick in diese Medizin der Zukunft. Auf dem Objektträger ist ein wirres Geflecht violetter Bänder zu erkennen, in die schwarze Punkte eingeflochten sind. Es sind Muskelfasern eines Embryos, der nie eigene Muskeln entwickelt hat. Alles, was Thomson über ihn weiß, ist, daß er, in eine Gebärmutter eingepflanzt, ein Junge geworden wäre.
Ein anderes Präparat zeigt eine dunkel geränderte Struktur, in deren Innern ein geäderter Hohlraum sichtbar ist: primitives Darmgewebe, das Thomson ebenfalls aus den neuen Wunderzellen gezüchtet hat. Auch Knorpel-, Knochen- und Vorläufer von Nervengewebe reiften heran.
Wie dicht ihm seine Rivalen auf den Fersen waren, zeigte sich nur wenige Tage nachdem Thomson seine Ergebnisse in der Zeitschrift "Science" veröffentlicht hatte: Auch John Gearhart von der Johns Hopkins University in Baltimore verkündete nun, er habe die begehrten ES-Zellen erzeugt. Als Rohstoff hatte er nicht Embryonen aus den Kühlfächern der Reproduktionsmedizin, sondern abgetriebene Föten aus der Gynäkologie benutzt.
Es ist der Ursprung des Rohmaterials, der diese Forschung so heikel macht. "Die Herkunft könnte alles beflecken, was an Nutzen daraus hervorgeht", bemerkte "Science"-Chef Floyd Bloom.
In den USA sind es vor allem Abtreibungsgegner, die Embryonen und Föten für sakrosankt erklären. Unter ihrem Druck beschloß die Regierung vor vier Jahren, die Förderung aller Experimente auf diesem Gebiet zu stoppen. Seither zogen sich die Forscher hinter verschlossene Türen zurück. Das Geld kam fortan aus der Industrie.
Thomson und Gearhart rückten das Thema jetzt wieder in die Öffentlichkeit. Und, wie um unter Beweis zu stellen, daß die Reihe der Überraschungen aus den Biolabors nicht abbrechen werde, legte eine Firma im US-Bundesstaat Massachusetts sogar noch nach. Michael West, Geschäftsführer von "Advanced Cell Technology" (ACT) trat mit noch spektakulärer anmutenden Experimenten seiner Mitarbeiter Jose Cibelli und James Robl vor die Presse. "Es sind die Tage der Bio-Schocks", kommentierte die "New York Times".
Schon vor zwei Jahren, erklärte West, habe Cibelli einen höchst ungewöhnlichen Versuch gemacht: Er habe, lange bevor die Welt vom Retortenschaf Dolly erfuhr, einen Zellklon seiner selbst gemacht.
Zu diesem Zweck, so enthüllte der Manager, habe sich Cibelli etwas Gewebe aus der Backe geschabt und eine der Zellen daraus mit einer kernlosen Eizelle verschmolzen - exakt so, wie es schottische Forscher mit den Zellen von Dollys Mutter getan hatten. Das Ergebnis war genetisch ein Menschenklon. Für noch größeren Aufruhr jedoch sorgte ein weiteres Detail: Die verwendete Eizelle stammte nicht von einem Menschen, sondern von einer Kuh.
Wissenschaftlich sind Cibellis Spielereien mit Zellen kaum von Belang. Sein Versuchsprotokoll ist nirgends publiziert, ein Patent auf das Verfahren wurde bisher nicht erteilt. Zudem starb der Kuh-Mensch-Hybrid ab, nachdem sich seine Zellen fünfmal geteilt hatten - nicht ausreichend, um an ES-Zellen heranzukommen.
Trotzdem rief die bizarre Verschmelzung von Kuh und Mensch tiefliegende Ängste wach. In Gestalt von Zentauren, Meerjungfrauen oder der Sphinx haben Mensch-Tier-Chimären Eingang in fast alle Kulturen gefunden. Hatten die Forscher den ersten Schritt getan, um diese Fabelwesen Wirklichkeit werden zu lassen? Zwar wäre die eigenartige Mischzelle mit den heutigen Mitteln der Technik kaum dazu zu bewegen, zu einem vollständigen Organismus heranzureifen. Trotzdem, so schien es, hatte Cibelli nun die Artengrenze zwischen Mensch und Tier überschritten.
Vor allem aber beweist das ACT-Experiment: Die Biotechnologen sind entschlossen, ihre Methoden auf den Menschen anzuwenden. Sie wollen sich nicht länger damit begnügen, mit Bakterien, Hefepilzen, Sojabohnen und Mäusen zu arbeiten. Jetzt haben sie den Homo sapiens im Visier.
Je besser es ihnen gelingt, die Natur nach ihrem Willen zu dirigieren, auf desto mehr Beklemmung stoßen sie in der Öffentlichkeit. Klontechnik, Genmanipulation und Organzüchtung gehen fließend ineinander über - eine Grauzone, in der alle Maßstäbe der Ethik verschwimmen. "Wir stehen vor der Wahl: Entweder wir ziehen die Grenze sehr früh, oder es gibt kein Halten mehr", erklärt der Tübinger Ethiker Dietmar Mieth. Viele Forscher halten dem entgegen, die Verheißungen der Medizin würden alle Bedenken schwinden lassen (siehe Interview Seite 274).
Die Erzeugung menschlicher ES-Zellen rückt das wohl größte noch weitgehend unverstandene Rätsel der Biologie in den Mittelpunkt des Interesses: den Prozeß der Embryogenese. Innerhalb von nur zwölf Wochen vollzieht sich die wundersame Verwandlung einer einzelnen befruchteten Eizelle in einen Organismus mit Herz, Lunge, Fingern, Augen und Ohren.
Die Vorgänge in dem rasch wachsenden Embryo-Gewebe gleichen einem phantastischen Zellballett. Nach einer genau vorgegebenen Choreographie wandern die einzelnen Zellen umher, verwandeln sich und schließen sich zu großen Formationen zusammen (siehe Grafik Seite 272).
Jede von ihnen tauscht mit ihren zellulären Genossen mit Hilfe von Botenstoffen und Wachstumsfaktoren Informationen aus: In der Sprache der Chemie teilen sie einander mit, wo im Körper sie sich befinden und auf welche Aufgabe sie sich spezialisieren sollen.
Die einen stülpen daraufhin Zellfortsätze aus und funken sich über diese elektrische Signale zu. Andere verwandeln sich in Kampfmaschinen, die im aussprießenden Adergeflecht umherstreunen und dort auf Bakterienjagd gehen. Wieder andere schließen sich zusammen, um Zucker und Eiweißbausteine vom Darm ins Blut zu transportieren.
Woher genau jede Zelle weiß, ob sie Insulin, Antikörper oder Verdauungsenzyme produzieren soll, und wodurch die Gestalt von Meniskus, Augenlinse oder Backenzahn vorgegeben wird, ist noch völlig unbekannt. Sicher ist nur, daß die Antwort auf diese Frage in den rund 100 000 Genen im Erbgut verborgen liegt - und daß die Entwicklungsbiologen entschlossen sind, sie zu finden. Erst das bessere Verständnis des komplexen Zusammenspiels der Zellen im Körper wird es ihnen ermöglichen, darin einzugreifen.
Bisher standen zwei Methoden der Biotechnologie im Mittelpunkt der öffentlichen Diskussion:
* Die Gentechnik erlaubt es den Forschern, einzelne Erbanlagen oder ganze Chromosomen in die Befehlszentrale der Zellen zu schmuggeln und so deren Verhalten zu steuern.
* Mit Hilfe der Klontechnik können sie das vollständige Erbgut eines Organismus in eine Eizelle schleusen und ihn auf diese Weise originalgetreu kopieren.
Die Entwicklungsbiologie hat sich nun zum Ziel gesetzt, die Lücke zwischen Genen und Organismus zu schließen. ES-Zellen könnten dabei zum entscheidenden Werkzeug werden.
Der Wunsch, sie herzustellen, bewegt die Biologen schon lange. Bereits 1981 gelang es, die zellulären Alleskönner aus Mäuseembryonen zu isolieren. Inzwischen sind die Forscher zu Virtuosen in der Behandlung dieser Mäusezellen geworden. Aktive Herzmuskelzellen, verschiedene Bestandteile des Blutes und Neuronen konnten sie daraus züchten. Vor allem aber eignen sich die Stammzellen ideal dafür, Genmanipulationen vorzunehmen.
Tausende genetisch veränderter Mäusestämme bevölkern die Labors weltweit. Die Wissenschaftler haben in den Tieren einzelne Erbanlagen lahmgelegt oder sie mit Schaltern versehen, die sich nach Wunsch durch Hormonspritzen betätigen lassen.
Doch so bereitwillig die Mäusezellen auch den Befehlen der Biologen gehorchten, die embryonalen Zellen anderer Tiere verweigerten sich. Allzu stark war ihr Drang, sich in ein Wesen mit Knochen, Haut und Organen zu verwandeln. Erst in jüngerer Zeit häuften sich die Meldungen, auch beim Hamster, Schwein, Huhn und Nerz seien gänzlich undifferenzierte Zellen gewonnen worden. In Jerusalem und Singapur, Australien und Schottland machten sich die Forscher daran, auch ES-Zellen der interessantesten Tierart in Kultur zu zwingen: diejenigen des Homo sapiens.
Im Wettrennen mit seinen Konkurrenten kam es Thomson zugute, daß er, mehr als jeder andere, Erfahrungen mit Verwandten des Menschen gesammelt hatte. In seinem Labor waren die ersten ES-Zellen von Rhesus- und Weißbüschelaffen gewachsen.
Deshalb kannte er das Procedere gut: Die Spende aus dem In-vitro-Labor ließ er zunächst zu einer Blastozyste reifen, einem Gewebeball aus etwa 140 Zellen. Die Schale des Balls bildet an einer Stelle eine Verdickung: Aus ihr entwickelt sich im Normalfall der ganze Mensch. Hier siedeln deshalb die Zellen, nach denen Thomson suchte. Mit einer Pipette saugte er sie aus ihrem Zellverband.
Dann erst begann der schwierigste Schritt: Mit einem ausgetüftelten Cocktail von Nährstoffen gelang es Thomson, die Zellen am Leben zu erhalten und zugleich mit speziellen Hemmfaktoren ihren Differenzierungsdrang zu bremsen.
Sein Rivale Gearhart skizzierte in einem Kommentar der Zeitschrift "Science", wozu Thomsons Forschertat dereinst nützlich sein könnte. Der Artikel liest sich wie das Manifest einer gewandelten Medizin.
Als erste, prognostiziert Gearhart, werde die pharmazeutische Industrie von den neuen Wunderzellen profitieren. Die Pharmakologen könnten gezielt Hirn-, Leber- oder Herzzellen kultivieren, um daran die Wirkung von Arzneistoffen zu studieren.
Noch allerdings ist keineswegs sicher, wie schnell dies gelingt. Denn Lebern und Herzen wachsen nicht wie Rüben auf dem Acker. Erst müssen die Forscher die Signalstoffe finden, welche die Entwicklung in Richtung Leber- oder Herzzelle lenken.
Trotzdem spekuliert Gearhart bereits über den nächsten Schritt. Erst mit ihm breche die Ära wirklich tiefgreifender medizinischer Fortschritte an: die Fabrikation von Transplantaten.
Bisher mühen sich die Forscher noch damit ab, aus dem Gewebe erwachsener Menschen Zellkulturen anzulegen. Die größten Erfolge erzielten sie bei der Haut. Im Biolabor wächst sie heran, mit einem speziellen Fibrinkleber läßt sie sich auf die Wunden von Brandopfern kleben.
Auch Knorpel aus der Bioretorte wurde bereits transplantiert. In Hannover arbeiten die "Gewebe-Ingenieure", wie sie sich nennen, daran, Herzklappen von Schweinen mit menschlichem Muskel-, Epithel- und Bindegewebe zu besiedeln. Ebenfalls in Hannover gelang es, ebenso wie im Berliner Virchow-Klinikum, Lebergewebe zu kultivieren, das fähig ist, wie eine echte Leber Gift aus dem Blut zu filtern.
Diese Bemühungen werden dank der ES-Zellen einen enormen Schub erleben. So jedenfalls verspricht es die Firma Geron, die Thomsons und Gearharts Forschung finanziert hat. Eine Herzmuskel-Frischkur für Infarktpatienten, Pankreaszellen-Injektionen für Diabetiker und unbegrenzter Knochenmark-Nachschub für Leukämiekranke: all dies werde nun vorstellbar. Schon in drei Jahren, so Geron, würden die ersten Tierversuche an Affen beginnen.
Besonders interessiert an maßgeschneiderten Zellen aus der Retorte sind die Neurochirurgen. Denn abgestorbene Nerven werden vom Körper meist nicht mehr ersetzt. Parkinson, Alzheimer und viele andere Hirnerkrankungen wären nur heilbar, wenn die Ärzte ihren Patienten frisches Gewebe implantieren könnten. Otmar Wiestler und Oliver Brüstle ist es in der Bonner Uniklinik bereits gelungen, aus ES-Zellen von Mäusen reife Hirnzellen zu züchten. Gelänge dasselbe auch mit menschlichen Zellen, würde dies "völlig neue Möglichkeiten eröffnen, viele Erkrankungen zu heilen", erklärt Wiestler.
Skrupel jedoch überkommen ihn bei der Vorstellung, größere Mengen von Hirngewebe eines nie geborenen Embryos ins Gehirn eines Patienten einzuflechten. Greifen sie - mit ihren fremden Erbanlagen - in den Denkvorgang ein?
Nicht nur die Neuronen von Empfänger und embryonischem Spender könnten sich schlecht miteinander vertragen. Ein ähnliches Problem stellt sich auch den Immunologen: Die Körperabwehr der Patienten wird das aus ES-Zellen gezüchtete Gewebe, wie jedes andere Transplantat, als fremd erkennen und deshalb attackieren.
Auch dafür hat Gearhart eine Lösung parat: Im dritten Schritt werde man beginnen, die ES-Zellen genetisch zu manipulieren. So könnten sie für das Immunsystem unkenntlich gemacht oder an den Körper ihres Empfängers angepaßt werden.
Perfekte Übereinstimmung zwischen Transplantat und Empfänger allerdings lasse sich nur erzielen, wenn die Ärzte neues Gewebe aus seinen eigenen Zellen züchten. Auch dies sei nun möglich, erläutert Gearhart. Die Dolly-Technik sei dabei die Methode der Wahl. "Therapeutisches Klonen" wird diese Idee unter Fachleuten genannt (siehe Grafik).
Bedenkenträger, die befürchten, früher oder später werde den Biolabors ein Frankenstein entspringen, kommen durch diese Visionen in Bedrängnis. Nach Dollys Geburt war es leicht, Schreckgespenster an die Wand zu malen: Armeen geklonter Diktatoren oder kopflose Ersatzzwillinge, die als Organbanken dienen, gehörten dazu. Wirklichen Nutzen schien das Klonen von Menschen jedoch nicht zu verheißen.
Nach der Erzeugung von ES-Zellen hat sich die Situation plötzlich gewandelt. Denn die Fürsprecher des Klonens können nun mit Heilsversprechen aufwarten.
Schon drängt in den USA eine Allianz von Wissenschaftlern, den Bann aufzuheben, den die Regierung über die öffentliche Förderung der Embryoforschung verhängt hat. Als Präsident Clinton, "tief beunruhigt" über die Aussicht auf Kuh-Mensch-Chimären, eine Expertenrunde einberief, wollte keiner der Angereisten die Empörung des Staatschefs teilen.
Eine ähnliche Debatte könnte auch den Deutschen bevorstehen. Bisher kann, wer in Freiburg, Hannover oder Lübeck die Thomson-Experimente wiederholt, mit bis zu drei Jahren Gefängnis bestraft werden. Denn jede Art von Forschung mit Embryonen ist in Deutschland illegal.
Kaum waren jedoch die Artikel von Thomson und Gearhart publiziert, regte sich Widerstand. "Selbstverständlich würde ich gerne mit ES-Zellen arbeiten", erklärt Axel Haverich, Herzchirurg an der Medizinischen Hochschule Hannover, der seit Jahren Herzzellen zu kultivieren versucht. "Ich wünsche mir, daß bald eine Debatte in Gang kommt", sagt auch der Bonner Pathologe Wiestler, der "sofort mit der Forschung daran anfangen würde", wenn es ihm das Gesetz erlauben würde.
"Andernfalls kochen wir nur nach, was andere machen", klagt Meinert Breckwoldt von der Frauenklinik der Universität Freiburg. "Die Wissenschaft muß voranschreiten, und deshalb muß es die Ethik auch."
JOHANN GROLLE
[Grafiktext]
Von der Eizelle zum Menschen Entwicklungsstadien des Embryos 0. Tag Befruchtung Spermium und Eizelle verschmelzen miteinander. 3. Tag 8-Zell-Stadium Die befruchtete Eizelle hat sich in acht gleiche Zellen geteilt. 6. Tag Blastozyste Der Embryo hat rund 140 Zellen und bildet einen Ball. An einer verdickten Stelle (Embryoblast) liegen die embryonalen Stammzellen, aus denen sämtliche Körperteile hervorgehen. 16. Tag Dreischichtige Keimscheibe Der Embryoblast hat sich in eine dreischichtige Scheibe verwandelt. Drei Zelltypen sind jetzt voneinander zu unterscheiden. 6. Woche EKTODERM Haut, Haare, Schweiß- und Milchdrüsen, Gehirn, Sinnesorgane MESODERM Knochen, Muskeln, Herz, Blut- und Lymphgefäße, Bindegewebe, Blut, Niere, Keimdrüsen ENTODERM Lunge, Magen, Darm, Leber, Bauchspeicheldrüse Herz aus der Retorte Konzept einer Infarkt-Therapie durch "therapeutisches Klonen" körpereigene Zelle entkernte Eizelle 1 Dem Herz- infarkt-Patienten werden Zellen, zum Beispiel aus der Mund- schleimhaut, entnommen. 2 Eine fremde Eizelle wird entkernt und mit der Zelle des Patienten verschmolzen. Es ent- steht eine Zelle, die sich in einen genetisch iden- tischen Klon des Patien- ten entwickeln könnte. 3 Die Zelle teilt sich, bis eine Blastozyste entstanden ist. Ihr werden embryonale Stamm- zellen (ES-Zellen) entnommen. 4 In einer Petrischale wer- den die ES-Zellen kultiviert. Gibt man die geeigneten Wachstumsfaktoren hinzu, differenzieren sie sich zu Herzmuskelzellen. 5 Die so gewonnenen Zellen, deren Gene iden- tisch mit denen des Pati- enten sind, werden in sein krankes Herz im- plantiert und bilden dort gesundes Gewebe.
[GrafiktextEnde]
[Grafiktext]
Entwicklungsstadien des Embryos
Konzept einer Infarkt-Therapie durch ''therapeutisches Klonen''
[GrafiktextEnde]
[Grafiktext]
Von der Eizelle zum Menschen Entwicklungsstadien des Embryos 0. Tag Befruchtung Spermium und Eizelle verschmelzen miteinander. 3. Tag 8-Zell-Stadium Die befruchtete Eizelle hat sich in acht gleiche Zellen geteilt. 6. Tag Blastozyste Der Embryo hat rund 140 Zellen und bildet einen Ball. An einer verdickten Stelle (Embryoblast) liegen die embryonalen Stammzellen, aus denen sämtliche Körperteile hervorgehen. 16. Tag Dreischichtige Keimscheibe Der Embryoblast hat sich in eine dreischichtige Scheibe verwandelt. Drei Zelltypen sind jetzt voneinander zu unterscheiden. 6. Woche EKTODERM Haut, Haare, Schweiß- und Milchdrüsen, Gehirn, Sinnesorgane MESODERM Knochen, Muskeln, Herz, Blut- und Lymphgefäße, Bindegewebe, Blut, Niere, Keimdrüsen ENTODERM Lunge, Magen, Darm, Leber, Bauchspeicheldrüse Herz aus der Retorte Konzept einer Infarkt-Therapie durch "therapeutisches Klonen" körpereigene Zelle entkernte Eizelle 1 Dem Herz- infarkt-Patienten werden Zellen, zum Beispiel aus der Mund- schleimhaut, entnommen. 2 Eine fremde Eizelle wird entkernt und mit der Zelle des Patienten verschmolzen. Es ent- steht eine Zelle, die sich in einen genetisch iden- tischen Klon des Patien- ten entwickeln könnte. 3 Die Zelle teilt sich, bis eine Blastozyste entstanden ist. Ihr werden embryonale Stamm- zellen (ES-Zellen) entnommen. 4 In einer Petrischale wer- den die ES-Zellen kultiviert. Gibt man die geeigneten Wachstumsfaktoren hinzu, differenzieren sie sich zu Herzmuskelzellen. 5 Die so gewonnenen Zellen, deren Gene iden- tisch mit denen des Pati- enten sind, werden in sein krankes Herz im- plantiert und bilden dort gesundes Gewebe.
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Entwicklungsstadien des Embryos
Konzept einer Infarkt-Therapie durch ''therapeutisches Klonen''
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Von Johann Grolle

DER SPIEGEL 48/1998
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