30. Juni 2008 Vor zwei Jahren sorgten japanische Wissenschaftler für eine Sensation: Hautzellen ließen sich in eine Art Urzustand zurückversetzen, es entstanden "induzierte pluripotente Stammzellen", iPS genannt. Diese könnten in Zukunft eine Alternative zu embryonalen Stammzellen eröffnen: Dann nämlich, wenn ein biochemischer Cocktail für die Verjüngungskur in der Petrischale genügt, um im Labor verschiedene Gewebe ganz nach Wunsch zu züchten. Was dem Team um Shinya Yamanaka zunächst mit Tierzellen gelungen ist, ließ sich im November 2007 auf menschliche Zellen übertragen und Schritt für Schritt verbessern. Anfangs waren vier Faktoren nötig, die mit Hilfe von Viren in die Zellen geschleust wurden. Nun haben Forscher um Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster das Rezept vereinfacht. "Zwei plus eins" lautet ihre aktuelle Formel.
Sie haben Yamanakas iPS-Ansatz einmal mit dem Heiligen Gral verglichen. Machen Sie ihm diesen Erfolg jetzt streitig?
Die Ehre des Entdeckers gebührt Yamanaka und ist durchaus nobelpreiswürdig. Weltweit liegen jetzt viele Forschungsgruppen im Wettstreit, um das Grundrezept möglichst simpel und sicher zu gestalten - daran beteiligen wir uns.
In der aktuellen Ausgabe von Cell Stem Cell geben Sie ein neues Rezept für iPS-Zellen preis. Statt den bisher bekannten Kombinationen von vier oder drei verschiedenen Transkriptionsfaktoren genügen jetzt zwei: Oct4 und Klf4. Sind Sie damit schon am Ziel?
Bei dieser Studie ist es in erster Linie wichtig, dass wir uns mit diesen zwei Faktoren begnügen können. Allein der Verzicht auf den Faktor c-Myc verbessert in Hinblick auf eine spätere Anwendung das Verfahren, weil c-Myc das Krebsrisiko erhöht. Wir würden die Zutaten des Rezepts gern weiter reduzieren, und vielleicht können wir auf Klf4 verzichten.
Kritisch ist vor allem der Einsatz von Retroviren als Genfähren. Diese schleusen die gewünschten Faktoren in normale Körperzellen ein, nicht ohne Gefahr . . .
. . . weil sie Mutationen, gar Tumoren auslösen können und sich mehrfach an beliebigen Stellen im Erbgut einnisten.
Manche Forscher versuchen, Retroviren durch harmlosere Adenoviren zu ersetzen. Und Sie?
Im Moment können auch wir noch nicht völlig auf virale Genfähren - egal welcher Art - verzichten, aber die Hoffnung besteht, iPS-Zellen einmal ohne jede Virenhilfe zu erhalten. Daher verfolgen wir in mehreren Kooperationen Ansätze zur Kombination gentechnischer Verfahren und sogenannter Small Molecules, die in den Zellkern eindringen können, dort Gene aktivieren und so ins Geschehen der Reprogrammierung von Zellen eingreifen. In Zukunft könnten solche speziell gestalteten Moleküle die bisher eingesetzten Genfähren ersetzen.
Was bewirken Small Molecules bei der Reprogrammierung?
Sie können zum Beispiel die Effektivität erhöhen oder die Dauer der Umwandlung verkürzen. Die viral eingeschleusten Faktoren Oct4, Klf4, Sox2 und c-Myc wirken als Reprogrammierungscocktail effizienter als unsere Kombinationen aus zwei Faktoren. Dieser Unterschied lässt sich aber ausgleichen, wenn wir dem Kulturmedium zusätzlich BIX-Molekülen beifügen. Dieses Small Molecule sorgt für die Modifikation eines Proteins, um das wiederum das Oct4-Gen gewickelt ist. Und dieses wird nun für die Ablese-Maschinerie erreichbar, sprich: Das Oct4-Gen wird wieder aktiv.
Das klingt nach Alchemie. Sie entwickeln also ein magisches Pulver für den perfekten iPS-Cocktail?
Mit Magie hat das wenig zu tun. Vielmehr mit dem jetzt anwendbaren Wissen über die regulatorischen Abläufe in frühen Entwicklungsphasen. Die dafür entscheidenden Faktoren nutzen wir quasi als Gen-Schalter für die gewünschte Pluripotenz. Und dieses Wissen stammt aus der Erforschung von embryonalen Stammzellen. Faszinierend ist, dass es durch Anregung von außen gelingt, ausgereifte Körperzellen in einen Urzustand zu versetzen.
Yamanaka verwandelte Hautzellen. Ihre Ergebnisse beruhen auf der Wahl eines besonderen Zelltyps: Warum arbeitet Ihr Team mit neuralen Stammzellen?
Wir wissen mittlerweile, dass Stammzellen von Nervenzellen von vornherein zwei der vier wichtigen Faktoren in einer größeren Menge produzieren als zum Beispiel Hautzellen. Das erleichtert die Reprogrammierung, und die genetische Manipulation ist in geringerem Maße notwendig. Außerdem zeigen wir mit diesem "Proof-of-Principle", dass es mit dieser Art von Stammzellen überhaupt funktioniert - und dann auch noch einfacher.
Für Patienten wären neurale Zellen aber kaum eine geeignete Quelle, weil eine Hirnbiopsie nötig wäre, um diese zu gewinnen. Gibt es keine anderen adulten Zellen mit ähnlichen Eigenschaften?
Natürlich versuchen wir jetzt, Zellen, die leichter zugänglich sind - solche aus dem Magen oder Blut zum Beispiel -, zu iPS zu formen. Zusammen mit unserem Bielefelder Kollegen Christian Kaltschmidt verfolgen wir den Ansatz, dafür Stammzellen aus dem Zahnfleisch zu verwenden.
Eine weitere Schwierigkeit scheint zu sein, dass iPS und embryonale Stammzellen sich zwar ähneln, aber doch unterscheiden. Müssten sie sich ganz gleichen?
Vermutlich nicht. Wir versuchen jetzt zu verstehen, welcher Grad der Perfektion für die Reprogrammierung einer reiferen Zelle notwendig ist: Welche Genaktivitäten sind zu welchem Zeitpunkt der Zellentwicklung entscheidend und welche können vernachlässigt werden? Trotz der Unterschiede erhalten wir am Schluss vielleicht die gewünschten Gewebe.
In der Stammzelldebatte wurde deutschen Wissenschaftlern vorgeworfen, sie hätten Forschungsalternativen, wie es die iPS sind, nicht vorangetrieben. Lösen Sie mit den aktuellen Studien - eine weitere veröffentlicht Nature heute online - jetzt eine Bringschuld ein?
Die Ergebnisse zeigen, dass wir diese Richtung schon länger verfolgen. Nur: In Deutschland hat die humane embryonale Stammzellforschung keinen so großen Stellenwert wie in manchen anderen Ländern. Und gerade für die Erforschung der Reprogrammierung braucht man parallel die embryonale Stammzellforschung. Das wird auf lange Sicht auch so bleiben, weil wir jedes Zwischenprodukt sicher definieren müssen. Jetzt, da die langwierige Diskussion vorbei ist, kann ich die Forschung meiner Mitarbeiter wieder so begleiten, wie ich es mir vorgestellt habe.
Die verschiedenen Ansätze mit pluripotenten Stammzellen sind weit entfernt von einer klinischen Anwendung. Welchem räumen Sie mehr Chancen ein?
Vor- und Nachteile bestehen bei beiden. Aus Körperzellen lassen sich vielleicht bald iPS virenfrei erhalten - und somit schneller in einer Therapie umsetzen. Trotzdem fehlen noch wichtige Belege für die Wirksamkeit.
Zum Beispiel?
Wir wissen noch zu wenig über die aus pluripotenten Zellen gezüchteten Zelltypen. Ob etwa Herzmuskelzellen dauerhaft pulsieren würden oder schon bald nach einer Transplantation wieder ihre Funktion verlieren. Viele Studien beweisen zwar das Prinzip von Reprogrammierung und anschließender Differenzierung, aber noch nicht, ob die neu gewonnenen Eigenschaften von Dauer sind.
Inwiefern könnte die Reprogrammierung nicht von Dauer sein?
In der Petrischale reift die Herzmuskelzelle im Schnelldurchlauf und muss sich in ein gewachsenes Gewebe einfügen. Das kann gut funktionieren, trotzdem besteht ein Unterschied. Wer als Europäer Chinesisch lernt, kann sich zwar in China verständigen und dort leben, aber ihm fehlt die Kultur, er hat andere Erfahrungen gemacht. Ähnlich ergeht es Zellen mit iPS-Herkunft - und vielleicht ist es eine Frage der richtigen Integration.
Die Fragen stellte Sonja Kastilan.
Text: F.A.S.
Bildmaterial: Caro / Waechter
