02.04.2009 · Wie nah ist die Stammzellforschung an medizinischen Anwendungen? Die Erfolgsmeldungen aus den Labors mit verjüngten Zellen jagen sich. Doch es gibt Grenzen. Bestandsaufnahme auf einem Forschertreffen in Aachen.
Von Joachim Müller-Jung
© Jeonng Beom Kim/MPI für molekulare Biomedizin, Münster
Eine Kolonie von induzierten pluripotenten Stammzellen aus einem Labor des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin in Münster
Es ist "Crunch time" in der Stammzellforschung - die Entscheidungsphase, so nennen es die Amerikaner, wenn sich im Wettstreit eine Endspielstimmung einstellt. Auf der Zielgeraden wähnen sich die Stammzellforscher zwar nicht, wenn man sie danach fragt, aber jeder von ihnen versucht derzeit nach Kräften, sich in dem Wettlauf um die Erfolgsformel für die Verjüngung von Zellen und die Nutzung derselben für klinische Versuche einen wenn auch noch so kleinen Vorsprung zu verschaffen. Und sei es auch durch Geheimniskrämerei. Es geht um den ganz großen Wurf - und viel Ruhm.
So war es auch kein Wunder, dass zu dem fünften Internationalen Treffen des Stammzell-Netzwerks Nordrhein-Westfalen - vor Jahren noch ein kleiner Spezialkongress, heute in Europa führend - viele Forscher von Spitzeninstituten weltweit nach Aachen gekommen waren. Aber zur selben Stunde ging die viel wichtigere Arbeit in den Laboren weiter. Pausenlos praktisch. Täglich erwartet man Fortschritte, das große Wort vom Durchbruch liegt in der Luft. Tatsächlich liefern die Forscher in immer kürzeren Abständen Indizien, die zeigen sollen, dass man nahe dran ist. In Aachen waren präklinische Tests mit embryonalen Stammzellen, die aufhorchen ließen, vor allem aber ebenjene durch genetische Reprogrammierung erzeugten induzierten Stammzellen ("Ipse", kurz iPS). Renée Reijo-Pera von der Stanford-Universität berichtete über funktionstüchtige Spermazellen, die man versuchsweise aus Hautzellen eines Patienten erzeugt hat, der wegen eines Gendefekts eigentlich keine Keimzellen herzustellen vermag.
Plasmide als Genvehikel
In den Tagen von Aachen waren es außerdem zwei aktuelle Veröffentlichungen, die für zusätzlich Gesprächsstoff sorgten: James Thomson von der University of Wisconsin, einer der Stammzellpioniere aus Madison, hat bei der künstlichen Reprogrammierung von gewöhnlichen Hautzellen einen weiteren Schritt in Richtung therapeutisch verwertbarer Frischzellen gemacht. Zum ersten Mal, berichtet seine Gruppe in der Online-Ausgabe der Zeitschrift "Science" (doi: 10.1126/science.1172482), hat man die für die molekulare Verjüngung von gewöhnlichen menschlichen Hautzellen nicht Viren oder Genmaterial verwendet, das sich in das Erbgut der Zellen einschleust, sondern Plasmide. Das sind kleine eigenständige, ringförmige Genkonstrukte, die die genetische Regieanweisung für die benötigten Reprogrammierfaktoren enthalten, die aber mit den anschließenden Teilungen der verjüngten Zellen zunehmend ausgedünnt werden, bis sie schließlich ganz verschwinden.
Auf die klassische, aber medizinisch ungeeignete Art - mit Retroviren als Genvehikel - hat die Gruppe um George Daley vom Harvard Stem Cell Institute zum ersten Mal iPS aus den Blutstammzellen eines Mannes erzeugt ("Blood", DOI 10.1182/blood-2009-02-204800). Damit hat man, nachdem kürzlich sogar "Ipse" aus Haarwurzelzellen gewonnen wurden, weitere potentiell sogar leichter zugängliche und kultivierbare Reservoire für die Reprogrammierung erschlossen.
Die vermutete Rolle des „epigenetischen Gedächtnisses“
Tatsächlich bereitet die nach wie vor mangelhafte Effizienz bei der Verjüngung von einfachen Körperzellen durchaus Kopfzerbrechen. Warum, fragte etwa Alexander Meissner von der Harvard-Universität in Aachen, lassen sich bisher oft wenig mehr als ein paar von hunderttausend vollständig reprogrammieren? Eine Antwort versuchte einer der Großen der Zell- und Klonierforschung, Sir John Gurdon von der University of Cambridge: Ein "epigenetisches Gedächtnis" im Erbgut der Körperzellen verhindere möglicherweise den Zugang der Reprogrammierfaktoren zu den entscheidenden Entwicklungsgenen.
"In Körperzellen liegt das Genom als kompakte und schwer zugängliche Struktur vor", sagte Gurdon, ganz anders als im Zellplasmal einer frisch befruchteten oder durch Kerntransfer klonierten Eizelle. Die Effizienz der Reprogrammierung einer Eizelle liege bei dreißig Prozent und damit um Größenordnungen höher. Die Epigenetik, also der Aufbau der Chromosome mit den gewünschten Genen sowie die Prägung der Gene durch zusätzliche Moleküle (Methylgruppen), die wie Ein- oder Ausschalter fungieren, wird zunehmend zum "Sesam-öffne-dich" für die moderne Reprogrammierkunst.
Das wird auch in einem Artikel in "Nature Biotechnology" deutlich, in dem amerikanische Forscher berichten, wie die Methylierung bei der Verjüngung der iPS fortschreitet. Deutlich wird darin auch, dass es nicht nur feine Unterschiede zu den als gleichwertig betrachteten embryonalen Stammzellen gibt sondern, dass mit der Epigenetik möglicherweise die entscheidenden Hürden auf dem Weg zu medizinisch nutzbaren iPS aufgebaut sind.
Joachim Müller-Jung Jahrgang 1964, Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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