Stammzellforschung Jetzt schlägt die Stunde der Realisten

Der Schwarzwald ist nicht Hollywood. Aber als sich die internationale Elite der Stammzellforscher vor elf Tagen zu einer Konferenz am Titisee versammelte, gab es auch dort am ersten Abend nur ein beherrschendes Gesprächsthema: Die Wahl von Barack Obama zum Präsidenten der Vereinigten Staaten und die Folgen für die Forschung. Der Durchmarsch der Demokraten freute die Runde. Die "lächerliche Trennung" von privater und öffentlich geförderter Forschung an menschlichen Stammzellen in den Vereinigten Staaten werde im nächsten Jahr "endlich ein Ende haben", versicherte Rudolf Jaenisch vom Massachusetts Institute of Technology in Boston.

Zehn Jahre zuvor, fast auf den Tag genau, hatte der Amerikaner James Thomson eine bis heute auf allen Ebenen schwelende Debatte losgetreten: Im Fachmagazin Science verkündete der Wissenschaftler, ihm sei erstmals die dauerhafte Zucht wandlungsfähiger Stammzellen aus Embryonen gelungen. Seither entflammten immer wieder politische Diskussionen, und Heilsversprechen wurden mantraartig wiederholt. Aber gibt es inzwischen berechtigte Hoffnungen, dass sich Krankheiten wie Parkinson, Diabetes oder Herzinfarkt eines Tages mit Hilfe der embryonalen Stammzellforschung behandeln lassen werden? Oder bleibt das Versprechen weiterhin ein Versprechen?

Wie funktioniert die molekulare Uhr, die man zurückdreht?

Zwar ließen sich in embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) einzelne Gene aufspüren, die etwa bei der Rückverwandlung von Hautzellen in einen embryonalen Zustand helfen. Dadurch können Forscher nun Hautzellen von Patienten mit Erbkrankheiten entnehmen und daraus innerhalb weniger Tage wandlungsfähige Stammzellen züchten, sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) - in der Hoffnung, so die Ursachen bisher unverstandener Krankheiten zu erkennen. Und das fortan, ohne Embryonen zu verbrauchen und entsprechend ohne Ethikdebatte. So weit, so gut.

"Viel kniffliger aber wird nun der nächste Schritt", warnt Jaenisch vor eilfertigem Optimismus. Die biologische Uhr einer Zelle lässt sich mit überraschend simplen Eingriffen zurückdrehen, aber wie der umgekehrte und eigentlich natürliche Weg von der Stammzelle zur Haut- oder Leberzelle zu beschreiten wäre, bleibt vorerst im Dunkel der DNA-Struktur verborgen. Hinter der Entwicklung eines komplexen Organismus mit seinen mehr als 200 verschiedenen Zelltypen aus einer einzigen Eizelle steckt nicht weniger als das Rätsel des Lebens selbst. Wie entsteht die molekulare Identität einer Zelle? Woher weiß beispielsweise eine Hautzelle, dass sie nach einer Teilung weiterhin Haut und nicht etwa Lebergewebe bilden soll? Welche Strukturen speichert dieses Gedächtnis, wie kann es womöglich gelöscht werden? Wie beeinflussen Gene und Proteine das zelluläre Schicksal? Und wie wichtig ist der Ort des Heranreifens?

Probleme mit ES-Zellen

Bei der 98. Titisee-Konferenz des Boehringer Ingelheim Fonds zur Förderung interdisziplinärer Grundlagenforschung trafen sich dieses Mal jedenfalls nicht die Propagandisten der Szene. Sondern jene besonnenen Realisten, die wissen, wie steinig der Weg zu ersten Therapien sein wird. Und die vor allem laut sagen, warum.

Was dürfen Patienten also erhoffen? Allen voreiligen Ankündigungen zum Trotz sind bisher keine seriösen klinischen Studien mit Therapien bekanntgeworden, die auf menschlichen ES-Zellen beruhen. Aus gutem Grund: In unzähligen Tierversuchen hat sich bestätigt, dass die Transplantation von derart undifferenzierten Zellen erhebliche Risiken bergen kann, dass etwa Tumoren entstehen oder sich Nerven am falschen Ort verknüpfen. Das verlangt Sorgfalt bei der Zellauswahl, aber selbst die daraus gezüchteten Nerven- oder Herzmuskelzellen tun im Tierexperiment keinesfalls nur das, was sich Forscher erhoffen - nämlich Organschäden im Körper reparieren.

Mit den Schwierigkeiten bei solchen Transplantationen hat Christine Mummery Erfahrung. "Wir konnten erst einige der einfacheren Probleme lösen", sagt die Forscherin von der Universität Leiden in den Niederlanden. Immerhin verbesserte sich die Ausbeute: Menschliche ES-Zellen lassen sich in speziellen Nährmedien inzwischen effizient vermehren. Verpflanzt man aber ein so gewonnenes Gemisch von Herzmuskelzellen in Ratten oder Mäuse, fällt es den zellulären Solotänzern schwer, sich im Muskel zu rhythmisch im Gleichklang schlagenden Akteuren zu vereinen. Auch das nach einem Infarkt abgestorbene Gewebe können die transplantierten Zellen bisher nicht ersetzen - vielmehr blockiert die entstandene Narbe einen anhaltenden Kontakt. Die bisher im Tierversuch beobachteten marginalen Verbesserungen der Herzleistung waren daher stets nur von kurzer Dauer. Irgendwann stirbt das Zelltransplantat einfach ab. Es werde sicher sehr schwierig, sagt Mummery, die Ersatzzellen dazu zu bringen, sich korrekt in den versehrten Herzmuskel zu integrieren und dort dauerhaft zu überleben.

Um zumindest die erste dieser genannten Hürden zu überwinden, versuchen nun Forscher in Deutschland und Japan, gezüchtete Herzmuskelzellen zunächst auf einer künstlichen Folie zu vermehren, wo sie sich rhythmisch pulsierend zusammenfinden. Erst im nächsten Schritt wird das "Herzmuskelpflaster" dann auf die Narbe in der Infarktregion geklebt.

Transplantation bleibt das Problem

Was haltlose Versprechungen angeht, hat auch Markus Grompe vom Oregon Stem Cell Center in Portland einige Erfahrungen gemacht. Der einzige Mediziner, der an der Tagung am Titisee teilnahm, verfolgt in seinem Labor ein klares Ziel: Er will lernen, Leberzellen zu züchten, damit er Menschen mit Lebererkrankungen helfen kann. "Die Leber ist eigentlich ein ideales Organ für eine Zellersatztherapie", sagt Grompe. Denn sie sei das einzige solide Organ im Körper, dass sich selbst regenerieren könne. Wenn Forscher nun menschliche Leberzellen in beliebiger Menge im Labor vermehren könnten, wäre das schon ein "Milliardenmarkt", etwa um damit Schadstoffe aus dem Blut zu filtern. Immer wieder höre er zwar, dass Biotechnologiefirmen angeblich die Zucht dieser begehrten Hepatozyten gelungen sei. "Aber was immer Sie da lesen", sagt Grompe, "niemand auf der Welt schafft es bis heute, reife und voll funktionsfähige Leberzellen aus embryonalen Stammzellen zu gewinnen."

Auch wenn sich eine brauchbare Quelle dafür finden ließe und Pharmafirmen damit etwa neue Medikamente auf ihre Giftigkeit für den Leberstoffwechsel testen könnten, bliebe dennoch das bisher ungelöste Dilemma der Transplantation: Wie soll eine, zum Beispiel von langjährigem Alkoholkonsum geschädigte Leber so vorbereitet werden, dass sich frische, im Labor gezüchtete Leberzellen dort ansiedeln? Vergleichbare Hindernisse stellen sich einer Therapie mit Inselzellen für Typ-I-Diabetiker entgegen. Ihre körpereigene Immunabwehr würde die Insulin produzierenden Transplantate attackieren, weil es sich hier um eine Autoimmunerkrankung handelt.

Objekte der Grundlagenforschung

Angesichts dieser zahlreichen Hürden bei der Anwendung ruht die Hoffnung der Stammzellforscher vorerst auf der Grundlagenforschung. Dort gehören embryonale Stammzellen längst zum unentbehrlichen Handwerkszeug.

Ohne ES-Zellen gäbe es schlicht keine Kulturen normaler menschlicher Zellen außerhalb des Körpers; weder Motorneuronen noch Herzmuskelzellen ließen sich im Labor züchten. An Letzteren können Pharmafirmen heute bereits neue Herzmedikamente testen. Und was fast noch wichtiger ist: Mit den Methoden der Genetik lassen sich ES-Zellen erstmals im Labor verändern, um ihr Entwicklungspotential zu studieren. Dabei betrachten Stammzellforscher den Prozess, den eine Eizelle bis zur Hautzelle vollzieht, wie eine Art Schienensystem mit Rangierbahnhöfen. Wer lernt, die richtigen Weichen zur richtigen Zeit zu stellen, der kann die "Waggons" auf ihrem Weg in jedes beliebige Gleis dirigieren. Und wieder zurück.

Das sind die Visionen, von deren Umsetzung jetzt alle Spitzenforscher träumen, die sich mit Verve den Grundlagen widmen. Zwar gibt es Berichte, die eine Verwandlung von Blutstammzellen in Nerven- und Muskelzellen behaupten oder gar die von Hautzellen in Neuronen. Viele davon gelten jedoch als widerlegt, die Praxis hinkt der Theorie noch hinterher.

Forschungsprogramme

"Wie man aus Äpfeln Orangen macht", das versucht Lars Bussmann vom Center for Genomics Regulation in Barcelona deshalb in einem einfachen Modell zu enträtseln. Er gibt dabei bestimmten Immunzellen eine neue Identität und verändert zugleich ihre Rolle im Abwehrsystem. Denn dem Jungforscher gelingt es durch einen genetischen Trick, in den Zellen ein einziges Protein auf Wunsch anzuschalten. Daraufhin verwandeln sich zuvor runde unbewegliche B-Zellen, die normalerweise Antikörper bilden, in sogenannte Fresszellen, die mit vielen Zellgliedern unruhig umherwandern. Jetzt setzt Bussmann alles daran, den Code dieser zauberhaften Verwandlung zu knacken.

Schwer genug ist es schon, das Immunsystem mit seiner komplizierten Rollenverteilung zu verstehen. Weit Höheres noch hat Lorenz Studer im Sinn. Der ehrgeizige Forscher will "alle Kochrezepte entschlüsseln, die darüber entscheiden, welcher Typ Nervenzellen sich wo und wann bildet". Auch wenn sein enormes Forschungsprogramm am Memorial Sloan-Kettering Cancer Center in New York erst anläuft - einige Erfolge kann Studer schon vorweisen. So ist er jenem Typus auf der Spur, der Patienten den bei Parkinson fehlenden Botenstoff Dopamin liefern könnte. An Affen werden diese nun aus embryonalen Stammzellen gewonnenen Neuronen bereits getestet.

Trotz allem Fortschritt - Therapien bleiben nur Verheißungen. Der von Stammzellforschern selbst aufgewirbelte Staub wird sich erst in Jahren legen. Was dann an wirksamen und sicheren Anwendungen Wirklichkeit wird, steht heute in den Sternen.