Gentechnik Forscher gewinnen Nervenzellen aus Bindegewebe

Keine Stammzellen nötig: Forscher haben Maus-Bindegewebe direkt in Neuronen verwandelt. Die Zellen könnten dem Studium von Krankheiten und bei Arzneimitteltests helfen.

Eine eingefärbte Aufnahme menschlicher Nervenzellen

Wissenschaftlern der Stanford-Universität im kalifornischen Palo Alto ist es gelungen, aus Bindegewebszellen (Fibroblasten) von Mäusen direkt Nervenzellen (Neuronen) zu erzeugen. Die Forschergruppe um Markus Wernig und Thomas Vierbuchen vom Institut für Stammzellbiologie und Regenerative Medizin kam dabei ganz ohne Stammzellen als "Umsteigebahnhof" aus, wie die Wissenschaftler im Fachblatt Nature berichten.

"Wenn sich das bestätigt, ist es ein Supererfolg", urteilt der Stammzellforscher Daniel Besser vom Max Delbrück Centrum (MDC) in Berlin-Buch. Der jetzige Erfolg basiert auf dem Durchbruch des japanischen Stammzellforschers Shinya Yamanaka. Er hatte als erster im August 2006 reife Körperzellen mit Hilfe verschiedener "Verjüngungsgene" in unspezialisierte Multitalente (induzierte pluripotente Stammzellen, iPS) zurückverwandelt.

Aus den iPS, die vermutlich über die Fähigkeiten von embryonalen Stammzellen verfügen, ohne jedoch wie sie ethische Bedenken hervorzurufen, lassen sich inzwischen spezialisierte Zellen züchten. Sie gelten als Hoffnungsträger in der Behandlung bisher unheilbarer Leiden. So ist es im letzten Jahr dem Team um Rudolf Jänisch vom Whitehead-Institut in Massachusetts erstmals gelungen, aus iPS Nervenzellen zu bilden, die Dopamin produzieren, einen Botenstoff, der Parkinson-Patienten fehlt.

Die Zellen

In den ersten Tagen seiner Entwicklung ist ein Embryo noch nicht ausdifferenziert – das heißt, aus seinen Zellen können sich noch alle möglichen Organe entwickeln. Diese Tatsache will die Forschung sich zu nutze machen, und aus solchen embryonalen Stammzellen Ersatzgewebe züchten. Erstmals wurden 1981 embryonale Stammzellen aus Mäusen isoliert. Im Jahr 1998 gelang es dem amerikanischen Forscher James Thomson von der Universität Wisconsin die ersten Zell-Linien aus menschlichen Embryonen zu züchten.

Doch auch Erwachsene können noch Stammzellen bilden, zum Beispiel im Knochenmark, wo daraus immer neue Blutzellen entstehen. Diese adulten Stammzellen, auf die Gegner der Forschung an embryonalen Zellen hoffen, können ebenfalls Gewebe nachbilden. Allerdings sind sie nicht so wandlungs- und vermehrungsfähig. Bei Querschnittgelähmten, die sich in den USA freiwillig einer Stammzelltherapie unterziehen wollen, hofft man, zerstörtes Nervengewebe regenerieren zu können.

Was können sie?

Ob Alzheimer, Parkinson, Diabetes, Querschnittlähmung oder Herzinfarkt – bei diesen Krankheiten stirbt Gewebe ab oder wird geschädigt, sodass die Organe nicht mehr richtig funktionieren. Forscher hoffen, aus embryonalen Stammzellen Ersatzgewebe zu züchten. Zudem könnte man an so hergestelltem Gewebe Medikamente testen.

Umstrittene Forschung

In Deutschland ist die Herstellung von Embryonen zur Stammzellgewinnung verboten. Damit soll das ungeborene Leben geschützt werden. Zwar befinden sich die Embryonen bei der Zellentnahme in einem frühen Entwicklungsstadium und bestehen erst aus wenigen Zellen, doch theoretisch könnte aus ihnen ein Mensch heranwachsen, würden sie in die Gebärmutter einer Frau eingepflanzt.

In anderen Ländern, zum Beispiel in den USA, werden Embryonen für die Forschung genutzt, die bei der künstlichen Befruchtung "übrig" geblieben sind. Bis April 2008 war in Deutschland nur die Forschung an embryonalen Stammzellen erlaubt, die aus dem Ausland stammen und vor dem 1. Januar 2002 gewonnen wurden. Da diese alten Zelllinien durch die häufige Vervielfältigung verunreinigt und genetisch verändert sind, wurde dieser Stichtag im April 2008 auf den 1. Mai 2007 vorverlegt.

Viele Wissenschaftler fordern eine weitere Lockerung der Gesetzgebung in Deutschland, um international konkurrenzfähig zu sein. Einige Gegner wollen ein generelles Verbot der Forschung an embryonalen Stammzellen.

iPS

Das Kürzel steht für induzierte pluripotente Stammzelle. Sie entstehen, wenn man die ausgereiften Körperzellen eines Erwachsenen mit Hilfe der Biochemie auf einen sehr frühen, quasiembryonalen Zustand zurückprogrammiert. Dann entwickeln etwa Hautzellen Eigenschaften von Embryozellen: Aus ihnen kann praktisch jeder Zelltyp des Körpers entstehen.

Die iPS sind genetisch identisch mit den ursprünglichen Hautzellen. Ein entscheidender Vorteil: Daraus gezüchtetes Gewebe würde nach einer Transplantation vom Immunsystem des Zellspenders nicht abgestoßen werden. Die iPS könnten zudem in Zukunft ein ethisches Problem lösen: Um sie zu gewinnen, muss kein Embryo sterben.

Erstmals gelang die Reprogrammierung 2006 dem Team des japanischen Stammzellforschers Shinya Yamanaka mit Mauszellen. 2008 verwandelte Kevin Eggan von der Universität in Harvard menschliche Hautzellen zunächst in Stammzellen und anschließend in Nervenzellen.

Möglich wurden die iPS, weil die Forschung an echten embryonalen Stammzellen zuvor vier Erbfaktoren identifiziert hatte, die für den jungfräulichen Status der Zelle entscheidend sind.

Um den Zellen von Gewebe aus dem Schwanz der Versuchstiere den Weg in die gewünschte Entwicklungsrichtung anzugeben, schleusten Wernig und Vierbuchen in der Petrischale Gene in sie ein. Diese Erbanlagen waren schon zuvor als "Übersetzungshilfen" in Richtung Nervenzellen bekannt. Um die Gene in die Zellen einzuschleusen, bedienten sich die Forscher weitgehend "entschärfter" Viren. Diese schleusten die Erbanlagen in die Zellen ein, dienten als "Gen-Taxis".

Drei von 19 getesteten Genen reichten schließlich aus, um aus den Mäuseschwanz-Fibroblasten im Reagenzglas auf dem direkten Weg Neuronen zu erzeugen. Die Forscher bezeichnen diese Nervenzellen aus dem Labor in Analogie zu den iPS als iN-Zellen (induzierte neuronale Zellen). Die aus Bindegewebszellen erzeugten Nervenzellen waren in der Lage, sich in bestehende neuronale Netzwerke einzufügen. Außerdem schafften sie es in Versuchen auch, sich miteinander zu verknüpfen.

Die Verfasser der Nature-Studie heben als Pluspunkte der iN-Zellen hervor, dass sie schnell und effizient gewonnen werden können. Für das neue umweglose Verfahren spricht ihrer Ansicht nach auch, dass es die Chance auf weniger riskante Therapien eröffnet. Denn Stammzellen tragen als Multitalente immer ein gewisses Risiko in sich, eine Fehlentwicklung zur Tumorzelle durchzumachen. Solange die entscheidenden Übersetzungsgene mit Virenfähren in die Zelle geschleust werden müssen, ist die Krebsgefahr allerdings nicht gebannt.

Noch hat es mit dem direkten Weg von der Haut- zur Hirnzelle zudem nur bei Mäusen geklappt. Nun müssen Studien folgen, in denen menschliche iN-Zellen gewonnen werden. Eine weitere Herausforderung wird sein, aus Bindegewebszellen gezielt Nervenzellen mit verschiedenen Spezialisierungen zu erzeugen. "Und es wäre wunderbar, wenn wir auf diesem Weg in absehbarer Zeit auch andere Zellen gewinnen könnten, zum Beispiel für Leber oder Bauchspeicheldrüse", sagt Besser.

(Erschienen im gedruckten Tagesspiegel vom 28.01.2010)