08.10.2004 · Stammzellen auf zwei Wegen: Wie man kranke Herzen repariert und daher die Definition des Begriffs „Zelltherapie“ erheblich erweitern muß.
Von Von Joachim Müller-JungDie Stammzellforschung ist um eine neue, wichtige Erkenntnis reicher. Vielleicht sollte man allerdings besser sagen: um eine Herausforderung. Im konkreten Fall geht es um eine Veröffentlichung über Experimente mit embryonalen Stammzellen, über die amerikanische Forscher in der Zeitschrift „Science“ (Bd. 306, S. 247) berichten. Im Grunde aber berühren die Ergebnisse alle für medizinische Zwecke bestimmten Stammzellen, ob die umstrittenen, aus Blastocysten isolierten embryonalen Stammzellen oder jene aus dem Körpergewebe gewonnenen adulten Stammzellen. Es geht um eine neue, wesentlich erweiterte Definition des Begriffs „Zelltherapie“.
Am deutlichsten wird die veränderte Sicht, wenn man sich die inzwischen fast schon klassisch zu nennende Vorgehensweise ansieht. Mustergültig vorgeführt wurde diese Anfang der Woche, als die israelische Gruppe um Joseph Itskovitz-Eldor vom Rambam Medical Center und Lior Gepstein vom Technion-Israel Institute of Technology in Haifa ihre Ergebnisse mit der Zelltherapie von Herzdefekten in der Online-Ausgabe der Zeitschrift "Nature Biotechnology" präsentierten. Die Wissenschaftler haben embryonale Stammzellen des Menschen in der Petrischale zu veritablen Herzschrittmachern herangezüchtet. In sogenannten Embryoid-Körperchen, die sich in der Vergangenheit für die gezielte und dreidimensionale Differenzierung von Zellen zu spezialisierten Gewebeverbänden bewährt haben, wurden die Stammzellen durch Zugabe eines biochemischen Cocktails aus Wachstumshormonen und anderen Reifungsfaktoren zu Herzmuskelzellen herangezüchtet. Und zwar zu Zellverbänden, die - nach einem kurzen Impuls - wie im ausgereiften Herzmuskel spontan zu kontrahieren begannen.
Wird diese Zelltherapie je alltagstauglich?
Solche Stammzellkonstrukte sind nicht neu. Interessant wurde es erst, als die israelischen Forscher diese Zellverbände - zwischen 40 und 150 pulsierende Embryoid-Körperchen - auf die defekten Herzen von Schweinen transplantierten. Der Rhythmus der Schweineherzen war stark verlangsamt, nachdem man chirurgisch die Impulsleitung zwischen Vorkammer und linker Herzkammer gestört hatte. Solche auch bei Patienten nicht unüblichen Herzrhythmusstörungen lassen sich durch einen künstlichen Herzschrittmacher beheben. Den Stammzellforschern aus Haifa ist es nun gelungen, den Defekt durch die Implantation der gereiften, differenzierten Stammzellen zu beheben. Der Herzschlag von sechs der dreizehn Versuchstiere wurde völlig normalisiert. Bei den anderen Tieren blieb der Impuls auf die Embryoid-Körperchen beschränkt.
Ob diese Art der Zelltherapie jemals praxistauglich und zugelassen wird, läßt sich angesichts anderer ungeklärter Fragen - etwa der nach der Teratombildung im transplantierten Gewebe - kaum voraussagen. In dieser Hinsicht zumindest ist sie mit dem neuen Ansatz völlig gleich, den nun die amerikanische Gruppe um Diego Fraidenraich vom Memorial Sloan-Kettering Center in New York vorgestellt hat. Die Wissenschaftler haben Experimente mit embryonalen Stammzellen an Mäusen vorgenommen. Im Kern ging es bei diesen Versuchen aber darum, daß nicht die embryonalen Stammzellen selbst für die Regeneration von defektem Gewebe verwendet werden, sondern die von ihnen hergestellten Signalmoleküle.
Signalsubstanzen neutralisieren Gendefekt
Ausgangspunkt waren gentechnisch veränderte Mäuse, die eine bestimmte Klasse von Eiweißen, sogenannte Id-Proteine, nicht zu bilden imstande sind. Solche Tiere kommen normalerweise nicht lebendig zur Welt. Sie gehen schon in den ersten Entwicklungsphasen ein, weil sich die Muskelwand des Herzens nur unvollständig ausbildet. Fraiendreich und seine Kollegen haben nun beobachtet, daß sich dieser tödliche Defekt konterkarieren läßt, wenn man den Embryonen schon ganz früh nur wenige embryonale Stammzellen von gesunden Mäusen - fünfzehn Zellen genügen - injiziert. Mehr noch. Selbst wenn man dieselben Stammzellen einem Mäuseweibchen noch vor der ersten Trächtigkeit spritzt, kann man die Sprößlinge vor dem drohenden Tod bewahren.
In einigen beeindruckenden weiterführenden Experimenten sind die Forscher dem Geheimnis der embryonalen Lebensretter auf die Spur gekommen: Offenbar werden von den Stammzellen zwei Signalsubstanzen produziert, die den Gendefekt neutralisieren: Insulinähnlicher Faktor 1 (IGF1) und das für die Embryonalentwicklung notwendige Protein Wnt5a. Ersteres wirkt offenbar auf längere Distanz. Es kann vom Körper des Weibchens über die Plazenta zum Embryo gelangen. Selbst wenn man allein das IGF1 in den Blutkreislauf des Mäuseweibchens steuert, profitiert der Nachwuchs. Doch die transgenen Tiere, die nur mit diesem Faktor versorgt werden, kommen zwar lebendig zur Welt, aber viele Gene in ihrem Herzgewebe funktionieren noch immer nicht richtig. Die Herztätigkeit bleibt insgesamt gestört. Mit dem zweiten Faktor, Wnt5a, allerdings entwickelt sich das Herz offenbar normal. Er wird normalerweise in dem das Muskelgewebe umgebenden Gewebe, dem Epikardium, produziert.
Stammzell-Transplantationen hinterfragen
Mit diesen Arbeiten ist endgültig klar geworden, daß für die Zelltherapie und damit die Reparatur bestimmter Gewebedefekte möglicherweise oft gar nicht die Verabreichung von Stammzellen nötig ist. Vielmehr könnten bestimmte von diesen produzierte Bestandteile ausreichen. Welche das im einzelnen sind, muß in jedem Fall separat geklärt werden. Schließlich sollten nun auch bereits vorgenommene Stammzell-Transplantationen neu hinterfragt werden. Die Forscher mutmaßen, daß manche sogenannte Zelltherapie - einschließlich der Umdifferenzierung von Knochenmark-Stammzellen im Herzen - nicht dank der therapeutischen Effekte und der mutmaßlichen Eingliederung von funktionierenden Stammzellprodukten zu erklären ist, sondern schlicht durch die Bereitstellung der für die Regeneration benötigten Signalstoffe. Das ist freilich Spekulation und dürfte kaum etwas daran ändern, daß die Stammzellforschung weiterhin auf einem vielversprechenden Weg ist.
