Stammzellforschung

Selbst ist die Zelle

Von Sonja Kastilan

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Indizierte pluripotente Stammzellen, die von der japanischen Forschungsgruppe um Shina Yamanaka reprogrammiert wurden.

06. Juli 2009 Es dauert lange, bevor man jung wird, soll Pablo Picasso einst über seine ungebremste Schaffenskraft gesagt haben. Mit 90, als ihn seine Kunst längst unsterblich gemacht hatte. Und Barcelona, wo für Picasso "alles anfing", wird jetzt zum Forum für Jugend, ja Unsterblichkeit, wenn auch in einer ganz anderen Art und Weise: In die Hafenstadt am Mittelmeer reisen kommende Woche Wissenschaftler aus aller Welt zum Jahrestreffen der Internationalen Gesellschaft für Stammzellforschung. Dort, wo Picasso, wie er später erzählte, begriff, wohin er gelangen konnte, erfahren Nachwuchsforscher jetzt vielleicht Ähnliches.

Nicht nur weil 2009 zum Schicksalsjahr für das gesamte Forschungsfeld werden könnte, bietet diese Konferenz genug Anlass für Diskussionen, etwa über Medizintourismus. Immerhin genehmigte die amerikanische Zulassungsbehörde FDA im Januar die erste klinische Studie für eine Therapie auf Basis embryonaler Stammzellen. Ob das Präparat GRNOPC1 tatsächlich die Versprechungen der Firma Geron erfüllen kann, müssen die Versuche bei Rückenmarksverletzten erst noch zeigen. Zunächst steht außerdem die Sicherheit im Vordergrund.

Möglicherweise erweist sich dieser Ansatz nur als Utopie, daran ändert auch Barcelona vorerst nichts. Trotzdem könnte sich hier die medizinische Zukunft entscheiden. Wenn das Reprogrammieren von Körperzellen einmal in Therapien von Parkinson oder Herzinfarkt münden sollte, die sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSe) sich also als heiliger Gral einer Medizin ohne ethische Makel erweisen, dann tagt hier am Centre Convencions Internacional die Tafelrunde. Ihre Mission: differenzierte Körperzellen in eine Art Urzustand versetzen, um daraus die gewünschten Gewebe zu züchten, oder einfacher gesagt: Unsterblichkeit. Und obwohl die Ritterschar jetzt recht groß geraten ist und es an Themen nicht mangelt - neu veröffentlichte Studienergebnisse aus Münster dürften für allerhand Gesprächsstoff sorgen.

Yamanaka und die Folgen

Könnten diese Ritter der Zellkultur aus ihrer Mitte aktuell einen König ernennen, hieße er - einstimmig gewählt - Shinya Yamanaka. Der japanische Wissenschaftler entdeckte die potenten iPSe nach langjähriger Tüftelei in seinem Labor an der Universität von Kyoto. Vier bestimmte Verjüngungsfaktoren schleuste er dafür mittels Viren in Hautzellen ein, die zur schier unerschöpflichen Quelle vermehrungs- und wandlungsfähiger Zellen wurden. Aus den ehemaligen Fibroblasten ließen sich schließlich funktionstüchtige Neuronen und Muskelzellen gewinnen - und das eröffnet den erhofften Weg zum passenden Gewebeersatz ohne Abstoßungsreaktion und ohne den Embryonenverbrauch, den vor allem in Deutschland Kirche und Politik kritisieren.

Was Yamanaka und seinen Mitarbeitern 2006 zuerst bei Mäusen gelang, konnte bald mit menschlichem Gewebe wiederholt werden. Auch die Zahl der eingeschleusten Faktoren ließ sich mit Oct4 auf einen einzelnen verringern, und selbst für die Retroviren - problematisch, weil sie sich ins Erbgut der Zellen einnisten - fanden sich inzwischen Alternativen: Einige Teams verwenden stattdessen die harmloseren Adenoviren als Genfähren, andere Forscher sorgten auf methodisch-elegante Weise dafür, dass die Erbinformationen nach erfüllter Mission schnell wieder verschwinden, wieder anderen gelang in diesem Jahr die Zellverwandlung ganz ohne Genmanipulation direkt mit den entsprechenden Proteinen: Das Bad im verjüngenden Eiweißcocktail schuf die sogenannten piPS.

Welche Methode letztlich die beste ist, wird sich noch zeigen müssen - und auch, ob die iPSe tatsächlich äquivalent sind: "Während wir die embryonalen Stammzellen relativ gut verstehen, müssen wir jetzt im Vergleich dazu die iPSe und deren Fähigkeiten detailliert erfassen", erklärt Konrad Hochedlinger. Das Feld entwickelt sich rasant: kompetitiv, aber es gebe genug offene Fragen und Nischen für die konkurrierenden Arbeitsgruppen, um sich etwa auf biologische Mechanismen oder therapeutische Anwendungen zu konzentrieren. Hochedlinger forscht am Harvard Stem Cell Institute und versucht mit seinen Mitarbeitern unter anderem, über Mechanismen der Zellteilung die Effizienz der iPS-Herstellung zu erhöhen.

Therapien in der Zellkultur

Beinahe jede Woche können Fachmagazine wie Nature, Cell, Stem Cells und ihre Spezialeditionen einen weiteren Fortschritt verkünden, und Yamanaka selbst gibt in Nature jetzt einen kurzen Überblick über das Geschehen. Er ist überzeugt, dass keine zelluläre Elite existiert, aus der iPSe hervorgehen können, sondern dass die meisten Zellen, wenn nicht jede, das Potential dazu besitzen. Sein "stochastisches Modell" fordert allerdings die richtigen Bedingungen, damit die molekularen Umbauprozesse in den Zellen für die Reprogrammierung "komplett und einheitlich" stattfinden können.

In Barcelona wird Yamanaka über Stammzellen als Modellsysteme sprechen. Denn trotz aller Hürden, die es etwa durch eine geringe Ausbeute und unregelmäßige Genaktivitäten für die klinische Anwendung noch zu überwinden gebe, sind diese wie auch iPSe als Miniaturen für die Erforschung von Krankheiten beliebt. Dem Team um Juan Carlos Izpisúa-Belmonte, Direktor des Center of Regenerative Medicine in Barcelona, ist es beispielsweise vor wenigen Wochen gelungen, ein Erbleiden in der Zellkultur zu heilen: Die Fanconi-Anämie ließ sich in iPS-Zellen von Patienten so korrigieren, dass anschließend Blutzellen ohne den genetischen Defekt entstanden. Zwar beweist das Experiment nur die Idee, wie Belmonte betont, doch es erklärt, was aus einem Stückchen Haut einmal werden könnte.

Vielleicht aber ist es nicht nur Haut, die Patienten in Zukunft lassen müssen. Unter Umständen erweist sich eine andere Quelle als potenter: Hodengewebe. Hier verbergen sich offenbar besondere Zellen, die fast von allein ein pluripotentes Stadium erreichen können. Es kommt nur auf die richtige Nährflüssigkeit und das Mikroklima an, weder Viren für den Gentransfer noch eine Eiweißkur mit den bekannten Verjüngungsfaktoren sind nötig. Der Hoden, ein Jungbrunnen - das propagieren mehrere Forschungsteams bereits seit längerem, darunter die Arbeitsgruppe um Gerd Hasenfuß von der Universität Göttingen.

gPS: Stammzellen aus Keimbahnzellen

Welche der Zellen das nun genau ermöglichen und wie man sie isoliert, haben jetzt Hans Schöler und seine Mitarbeiter am Max-Planck-Institut in Münster in Zusammenarbeit mit Kollegen in Aachen und Bonn definiert. In der aktuellen Ausgabe von Cell Stem Cells berichten die Forscher penibel über ihre Experimente mit Hodenzellen von erwachsenen Mäusen. Ihnen gelang es, aus den unipotenten Stammzellen der Keimbahn (GSC), die sonst allein der Spermienproduktion dienen, richtige Alleskönner zu machen: "germline-derived pluripotent stem cells", kurz gPS genannt.

Die Verwandlung der raren Typen - von 10000 Zellen des Hodengewebes sind es gerade mal zwei bis drei GSC - erfordert Geduld: Innerhalb von zwei bis vier Wochen entwickelten sich die gPS wie gewünscht. Und sie benötigen überraschend viel Platz: Nicht mehr als 8000 Zellen sollten jeweils in die Kulturnäpfchen gesetzt werden, stellten Schöler und seine Mitstreiter fest. Dabei ist diese Dichte 5- bis 20-fach geringer als die üblichen Vermehrungskulturen. Klassische Funktionstests belegen ihre pluripotenten Fähigkeiten, während frühere Studien mit Hodenzellen nur eine eingeschränkte "Multipotenz" feststellen.

Reprogrammierung ohne Genzugabe

"Uns war es wichtig, den Ursprung der Zellen als ,germline-derived' genau zu bestimmen sowie deren Wandlungsfähigkeit", sagt Schöler über das komplexe Prozedere zur Beweisführung. Denn vor knapp einem Jahr hatten seine vorläufigen Ergebnisse zum Disput unter deutschen Stammzellforschern geführt, die sich durch einige Aussagen angegriffen fühlten. Aber angesichts der jetzt veröffentlichten "sorgfältig erarbeiteten Details" sieht Gerd Hasenfuß seine Arbeit im Prinzip bestätigt: "Im Hoden gibt es Zellen, die Pluripotenz durch die Kultivierung erreichen, ohne dass man Gene zufügen muss."

Könnte es sich bei den in Göttingen verwendeten Keimbahnzellen auch um eine spezielle Subpopulation handeln oder um Stammzellen, die ins Hodengewebe einwanderten? Das möchte Hasenfuß nicht völlig ausschließen - trotz ausgesuchter Merkmale. Schöler wiederum hegt letzteren Verdacht, weil das Erbgut dieses Zelltyps eine andere biochemische Prägung aufweist, während die gPS eindeutig männlichen Ursprungs sind.

Der Gral ist bisher nicht gefunden, und mit Shinya Yamanakas Worten lässt sich festhalten: Die iPS-Technologie steckt noch in den Kinderschuhen. Gleichwohl, ihr Potential ist gewaltig.

Text: F.A.S.
Bildmaterial: AFP

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