SPIEGEL ONLINE

SPIEGEL ONLINE

28. Oktober 2009, 19:06 Uhr

Stammzellforschung

Forscher feiern künstliche Spermien-Produktion

Von

Hoffnung für unfruchtbare Paare? US-Forscher behaupten, dass sie erstmals Spermien und Eizellen künstlich hergestellt haben. Skeptikern fehlt zwar der letzte Beweis - fest steht aber: Die jetzt entdeckte Methode hilft auf jeden Fall zu ermitteln, wie schädlich Umweltgifte für die Geschlechtszellen sind.

Spermien oder Eizellen im Reagenzglas züchten zu lassen, wäre für viele unfruchtbare Paare ein Traum. Aber auch für Frauen, die im hohen Alter noch Kinder bekommen wollen, könnten neu gezüchtete Eizellen hilfreich sein. Renee Reijo-Pera, Professorin an der Stanford University in Kalifornien, berichtet nun im Fachmagazin "Nature", dass sie und ihre Kollegen aus menschlichen embryonalen Stammzellen Spermien und Eizellen gezüchtet haben wollen.

Es ist nicht das erste Mal, dass Forscher diesen Erfolg vermelden. Im Juli berichtete der britische Wissenschaftler Karim Nayernia im Fachmagazin "Stem Cells and Development", er habe Spermien aus Stammzellen hergestellt. Der Durchbruch sei ihm angeblich nur durch Zugabe von Vitamin-A-haltiger Nährlösung gelungen. Nayernia musste seine Veröffentlichung allerdings wieder zurückziehen, weil einer seiner Mitarbeiter alte Textpassagen aus einer früheren Veröffentlichung Wort für Wort übernommen hatte. Nayernia sagte damals, die wissenschaftlichen Ergebnisse seien sauber und nicht der Grund für den Rückzug gewesen - doch schon damals äußerten Experten Zweifel an Nayernias Arbeit.

Reijo-Pera besteht darauf, dass ihre Experimente tadellos verlaufen sind. "Wir haben reife Keimzellen hergestellt", sagt sie SPIEGEL ONLINE. Ihre Arbeit sei eine genaue Analyse des Reifungsprozesses menschlicher Keimzellen, männlicher wie weiblicher. "Unsere Arbeit ist zurzeit die einzige dieser Art, die veröffentlicht wurde." Trotz der Arbeit Nayernias? "Ich kenne den Stand der Dinge zu Nayernias Veröffentlichung nicht und kann daher dazu nichts sagen."

Die Forscherin macht Menschen Hoffnung, die Kinder wollen, aber keine bekommen können. "10 bis 15 Prozent aller Paare sind unfruchtbar", sagt Reijo-Pera. "In rund der Hälfte dieser Fälle liegt es daran, dass die Leute keine Spermien oder Eizellen produzieren können." Für diese Leute komme keine künstliche Befruchtung in Frage - aber nun vielleicht Keimzellen, die im Labor gezüchtet wurden?

Ganz bestimmte Gene manipuliert

Embryonale Stammzellen sind Alleskönner. Mediziner haben enorme Erwartungen in sie. Reijo-Peras Ansatz ist, diese Stammzellen in Spermien oder Eizellen zu verwandeln und dafür ganz bestimmte Gene zu manipulieren. Welche Gene Schlüsselelemente für die Reifung von Keimzellen sind, hat sie schon in früheren Arbeiten ausfindig machen können.

Um Zellen zu identifizieren, bei denen die Genmanipulation erfolgreich war, brauchten die Forscher einen Marker. Reijo-Pera und ihre Kollegen schleusten sowohl in männliche als auch weibliche Stammzellen ein Reportergen ein. Das ist ein maßgeschneidertes Konstrukt aus dem Leuchtquallen-Gen GFP. Es zeigt die Aktivität bestimmter Gene an, indem es die Zellen zum Leuchten bringt. In diesem Fall ging es um das Gen VASA, eines der Schlüsselgene bei der Keimzell-Reifung. Hatte eine Stammzelle den Entwicklungsweg zu einem Vorläufer der Keimzelle eingeschlagen, konnten die Forscher diese unter dem Mikroskop grün aufleuchten sehen.

Anschließend gaben Reijo-Pera und ihre Kollegen zu den Stammzellen bestimmte Proteine, die die Keimzellreifung stimulieren. Nach ein bis zwei Wochen begannen rund fünf Prozent der Zellen aufzuleuchten. Mit Hilfe eines speziellen Gerätes, einem Sorter, konnten die Wissenschaftler diese Zellen von den restlichen trennen. In Genanalysen zeigten die Forscher, dass weitere wichtige Gene für die Keimzellreifung in diesen Zellen angeschaltet worden waren. Die Aktivität des gesamten Erbguts war neu programmiert worden - so wie bei Keimzellen.

Dann legten die Wissenschaftler zunächst in diesen Vorläuferzellen drei spezielle Gene lahm: DAZL, DAZ1 und BOULE. DAZL und BOULE sind Gene, die nötig sind für die Keimzellreifung. Sie sind evolutionär stark konserviert - von wirbellosen Tieren bis hin zum Menschen. Laut Reijo-Pera fehlen auf den Geschlechtschromosomen unfruchtbarer Männer mehrere Gene der DAZ-Familie.

Zellen hatten nur noch einfachen Chromosomensatz

Und tatsächlich: Das Stilllegen der DAZ-Gene legte den Forschern zufolge auch das VASA-Gen lahm. Die Forscher sehen darin die Bestätigung, dass DAZ ein wichtiger Schalter für die Reifung der Keimzellen ist.

Im nächsten Schritt machten sie genau das Gegenteil. Sie schalteten die drei Gene auf volle Aktivität. Mit Erfolg, berichten die Wissenschaftler: Nach 14 Tagen hätten sich aus den Vorläufern Zellen entwickelt, die nur noch eine einzige Kopie der Chromosomen besaßen - genau wie Spermien und Eizellen. Die Forscher nennen solche Zellen haploid. Eine normale Körperzelle besitzt dagegen jedes der 23 Chromosomen in zweifacher Ausfertigung (nur Männer haben statt eines zweiten X-Chromosoms ein Y-Chromosom).

Die Forscher konnten nach eigenen Angaben nachweisen, dass die Zellen haploid waren, indem sie in ihnen das Chromosom Nummer 16 färbten. Es habe tatsächlich nur ein Punkt aufgeleuchtet. Bei den Vorläufern waren es pro Zelle zwei Punkte gewesen.

Die Folgerung der Forscher: Die Zellen müssen in der Petrischale eine Reifeteilung (eine Meiose) durchlaufen haben - so wie im Hoden bei der Bildung von Spermien und in den Eierstöcken bei der Produktion von Eizellen. Bei der Reifeteilung entstehen aus einer Zelle mit doppeltem Chromosomensatz vier haploide Keimzellen.

"Endgültigen Beweis schuldig geblieben"

Miodrag Stojkovic, Stammzellforscher am Prinz-Felipe-Forschungszentrum im spanischen Valencia, reicht das aber nicht. "Sowohl bei dieser Arbeit als auch bei der Arbeit von Karim Nayernia sind die Forscher den endgültigen Nachweis schuldig geblieben, dass es sich wirklich um funktionstüchtige Spermien beziehungsweise Eizellen handelt", sagt er SPIEGEL ONLINE. Sie hätten zwar wichtige Hinweise geliefert, aber keine Beweise. Er wundert sich, warum die Arbeit überhaupt in "Nature" erschienen ist.

Das sieht auch Stefan Schlatt so, Direktor des Centrum für Reproduktionsmedizin und Andrologie in Münster. Im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE meint er: "Das sind keine richtigen Spermien. Sie haben keinen Schwanz, keinen Motorapparat mit dem sie sich bewegen könnten."

Für Stojkovic sähe der endgültige Beweis, dass es sich um Spermien handelt, ein Befruchtungsversuch. Schlatt hingegen ist sich sicher: "Diese Spermien können keine Eizelle befruchten." Der Grund: Ihnen fehle das Akrosom, eine Art enzymatischer Bohrapparat am Kopf des Spermiums, mit dem es sich durch die dicke Eizellen-Hülle bohrt, um sie zu befruchten.

Ethisch wäre ein Befruchtungsversuch nicht unproblematisch, weil es sich um menschliche Zellen handelt - für Stojkovic kein Hinderungsgrund: "In Ländern, in denen therapeutisches Klonen erlaubt ist, könnte man das machen." Auch Schlatt meint: "In den USA wäre dies erlaubt."

Dennoch findet er die Arbeit "spannend". "Die Bedeutung des DAZ-Gens für die Keimbahnentwicklung wird klar und wir verstehen besser, wie aus einer embryonalen Stammzelle Keimzellen werden." Doch offenbar sei nicht nur die Genaktivität entscheidend für die Bildung eines Spermiums, sondern auch die Kulturbedingungen.

Fest steht: Selbst wenn Reijo-Pera die Zucht von Spermien und Eizellen aus Stammzellen tatsächlich gelungen ist, für Unfruchtbare wären auch diese noch nicht interessant. Denn sie bräuchten Spermien oder Eizellen mit ihrem eigenen Erbgut, und dieses Ziel ist nicht so einfach zu erreichen.

Für Unfruchtbare bräuchte man maßgeschneiderte Keimzellen

Ein denkbares Szenario wäre, einem unfruchtbaren Mann oder einer Frau eine Körperzelle zu entnehmen. Dann müsste man sie in eine Stammzelle verwandeln und aus dieser dann Keimzellen züchten. Es ist mittlerweile Routine, Körperzellen zu sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) zu reprogrammieren. Die iPS-Stammzellen sind aber noch im experimentellen Stadium. Ein Einsatz im Menschen wäre nicht verantwortbar.

Eine weitere Frage: Kann man Keimzellen wirklich auch aus iPS-Stammzellen züchten und nicht nur aus embryonalen Stammzellen? Reijo-Pera hält sich mit einer Antwort zurück: "Wir müssen dringend weiter erforschen, welche Zellen noch für die Keimzellenproduktion verwendet werden können. Eine Reihe von Labors arbeitet bereits daran, verschiedene pluripotente Stammzelltypen zu Keimzellen zu züchten."

Eine wichtige Anwendung immerhin ist jetzt schon möglich: die Prüfung, wie Umweltgifte Spermien und Eizellen schädigen. "Wir können nun direkt den Effekt von Umweltgiften auf die Entwicklung von Keimzellen im Labor untersuchen", sagt Reijo-Pera. "Wir sehen sogar in der Petrischale, dass sie offenbar recht empfindlich auf solche Stoffe reagieren."

Stojkovic gibt ihr recht. Für Tests auf Toxizität und von neuen Arzneimitteln "sind diese Zellen sehr vielversprechend", sagt der Experte.

URL:

Verwandte Artikel:

Mehr im Internet


© SPIEGEL ONLINE 2009
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung