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Stammzellforschung: Die ersten geklonten menschlichen Embryonen

US-Forscher berichten, wie sie erstmals im Reagenzglas frühe Embryonen erzeugen konnten, die genetische Kopien eines erwachsenen Menschen sind. Damit ist die Möglichkeit, erkrankte Organe eines Patienten aus dessen eigenem Gewebe nachzuzüchten, deutlich näher gerückt.


Es waren nur winzige Punkte, aber sie bargen eine enorme Verheißung. Nach monatelangen Experimenten erblickten wir am 13. Oktober 2001 unter dem Mikroskop endlich das Ziel unseres Strebens: kleine Klümpchen aus sich teilenden Zellen, unsichtbar für das nackte Auge. So unscheinbar sie wirkten, so kostbar waren sie; denn es handelte sich unseres Wissens um die ersten menschlichen Klone: frühe Embryonen, die mittels Genomtransfer aus der Zelle eines Erwachsenen erzeugt worden waren.

Wir hofften sie mit etwas Glück dazu bringen zu können, sich durch wiederholte Teilung in Hohlkügelchen aus etwa hundert Zellen zu verwandeln. Aus diesen Keimbläschen oder Blastocysten wollten wir menschliche Stammzellen gewinnen, um daraus schließlich Ersatz für Nerven, Muskeln und andere Gewebe zu züchten. Doch leider entwickelte sich nur einer der Embryonen überhaupt weiter, und auch er erreichte lediglich das Sechs-Zellen-Stadium, bevor er aufhörte sich zu teilen. In einem anderen Expe-riment konnten wir dann allerdings menschliche Eizellen direkt dazu veranlassen, sich "parthenogenetisch" ? also ohne Befruchtung durch ein Spermium ? zu Blastocysten zu entwickeln. Für uns symbolisieren diese beiden Errungenschaften, auch wenn noch vieles zu verbessern bleibt, die Morgenröte eines neuen Zeitalters in der Medizin; denn sie haben das therapeutische Klonen einen großen Schritt näher gerückt.

Bei diesem Verfahren geht es darum, mit dem Erbgut von Zellen eines Patienten beispielsweise Gewebe der Bauchspeicheldrüse zur Behandlung der Zuckerkrankheit zu erzeugen ? oder Nervenzellen zur Reparatur des beschädigten Rückenmarks von Querschnittsgelähmten. Es unterscheidet sich deutlich vom reproduktiven Klonen, das darauf abzielt, einen geklonten Embryo in die Gebärmutter einer Frau einzupflanzen, die ihn dann als genetische Kopie der Spenderperson zur Welt bringt. Wir glauben, dass das reproduktive Klonen derzeit noch so große Risiken für Mutter und Kind birgt, dass es unvertretbar erscheint. Deshalb befürworten wir ein Verbot dieser Form der Fortpflanzung, bis ihre Sicherheit gewährleistet ist und die damit verbundenen ethischen Fragen geklärt sind.

Verwirrenderweise versuchen die Verfechter des reproduktiven Klonens den Ausdruck "therapeutisches Klonen" gleichfalls für sich zu beanspruchen. Einem Paar, das auf keine andere Weise Nachwuchs bekommen kann, mit Hilfe des Klonens zu einem Kind zu verhelfen, geben sie als Behandlung der Unfruchtbarkeit aus. Wir halten diese Interpretation jedoch nicht für gerechtfertigt und den Gebrauch des Wortes "therapeutisch" in diesem Zusammenhang für missverständlich.

Unsere Experimente

Anfang letzten Jahres hielten wir bei der Firma Advanced Cell Technology (ACT) die Zeit für reif, das Klonen eines menschlichen Embryos zu versuchen. Doch zunächst konsultierten wir unseren internen Ethikbeirat: ein Gremium aus unabhängigen Ethik-Experten, Juristen und Fortpflanzungsmedizinern, das 1999 ins Leben gerufen worden war, um die Forschungen in der Firma unter gesellschaftlich-moralischen Aspekten zu begleiten. Unter Vorsitz von Ronald M. Green, Direktor des Ethik-Instituts am Dartmouth College in Hanover (New Hampshire), erwog der Beirat fünf Schlüsselfragen, bevor er uns in seiner Empfehlung grünes Licht gab (siehe Artikel "Die ethischen Erwägungen").

Als nächstes galt es, Frauen für die Spende von Eizellen zu gewinnen und zu klonende Zellen von Donoren zu erhalten. Das Klonen erscheint zwar im Prinzip einfach, aber der Erfolg hängt von vielen Kleinigkeiten ab, die wir teils noch nicht verstehen. Bei dem grundlegenden Verfahren des Kerntransfers saugen Forscher mit einer äußerst feinen Nadel das Erbmaterial aus einer Eizelle ab. Dann übertragen sie den Kern einer Donorzelle in das entkernte Ei oder vereinigen es direkt mit der Spenderzelle. Das resultierende Gebilde wird schließlich durch Inkubation unter besonderen Bedingungen zu Teilung und Wachstum angeregt.

Anonyme Eispenderinnen für unsere Forschung fanden wir durch Zeitungsanzeigen in Boston und Umgebung. Wir akzeptierten nur Frauen im Alter zwischen 24 und 32 Jahren, die schon mindestens ein Kind hatten. Interessanterweise fühlte sich eine andere Gruppe von Spenderinnen angesprochen, als wenn nach Eizellen für die In-vitro-Fertilisation bei unfruchtbaren Paaren gesucht wird. Auf unsere Anzeigen meldeten sich vor allem Frauen, die unsere Forschungen unterstützen wollten; viele davon wären nicht daran interessiert gewesen, dass ihre Eizellen zur Erzeugung eines Kindes dienen, das sie nie zu Gesicht bekommen. Um das Gewinnen von Spenderinnen und die Entnahme der Eizellen kümmerte sich ein Team unter Leitung von Ann A. Kiessling-Cooper von der Firma Duncan Holly Biomedical in Sommerville (Massachusetts). Ann Kiessling nahm auch an den Beratungen über die ethischen Fragen im Zusammenhang mit den Eispenden teil.

Wir unterzogen die potenziellen Eispenderinnen psychologischen und medizinischen Tests ? unter anderem auf Infektionskrankheiten ?, um sicher zu stellen, dass sie gesund sind und die Eispende keine schädlichen Folgen für sie hätte. Am Ende blieben uns zwölf geeignete Kandidatinnen.

In der Zwischenzeit hatten wir auch Hautproben von mehreren anonymen Personen genommen. Daraus isolierten wir bestimmte Bin-degewebszellen ? so genannte Fibroblasten ? als Kernspender. Sie stammten von Menschen unterschiedlichen Alters, die entweder gesund waren oder eine Krankheit wie Diabetes oder Querschnittslähmung hatten, die vielleicht durch therapeutisches Klonen heilbar wäre.

Den ersten Klonierungsversuch un-ternahmen wir letzten Juli. Der genaue Zeitpunkt der Experimente hing von den Menstruationszyklen der Eispenderinnen ab. Sie erhielten über mehrere Tage Hormonspritzen, damit sie bei der Ovulation ungefähr zehn statt, wie normalerweise, ein oder zwei Eier freisetzten.

Ein Erfolg deutete sich im dritten Experimentierzyklus an: Der eingeschleuste Kern eines Fibroblasten schien sich zu teilen, aber die Aufspaltung in zwei Tochterzellen unterblieb leider. Im nächsten Zyklus beschlossen wir deshalb, die Methode anzuwenden, mit der Teruhiko Wakayama (inzwischen auch bei Advanced Cell Technology) und seine Kollegen 1998 an der Universität von Hawaii in Honolulu die ersten erwachsenen Mäuse geklont hatten. Wir nahmen nur noch für einen Teil der Eizellen Haut-Fibroblasten, für die anderen dagegen so genannte Cumuluszellen als Donoren. Sie ernähren im Eierstock sich entwickelnde Eizellen und bleiben teilweise auch nach der Ovulation noch daran kleben. Vor allem aber sind sie sehr klein und daher besser handhabbar. Am Ende brauchten wir 71 Eier von sieben Freiwilligen, bis wir den ersten geklonten frühen Embryo erhielten. Von den acht Eiern, die wir mit Cumuluszellen verschmolzen, erreichten zwei das Vier- und eines das Sechszellstadium.

Außerdem wollten wir herausfinden, ob sich bei menschlichen Eizellen auch ohne Befruchtung durch ein Spermium oder Entkernung und Transfer eines Donorgenoms die Teilung und Embryonalentwicklung einleiten lässt, also eine Jungfernzeugung möglich ist. Nun verfügen reife Eizellen und Spermien normalerweise nur je über die Hälfte des Erbmaterials einer typischen Körperzelle, damit der Embryo, der bei ihrer Verschmelzung entsteht, dann die komplette Ausstattung hat. Allerdings halbieren werdende Eizellen ihren Gensatz erst relativ spät. Wenn man sie vor diesem Stadium künstlich aktiviert, als hätte eine Besamung stattgefunden, behalten sie ihr vollständiges Genom.

Jungfernzeugung

Stammzellen, die sich von solchen parthenogenetisch aktivierten Eizellen ableiten, würden nach einer Transplantation in die Spenderin wohl kaum abgestoßen. Denn sie wären den körpereigenen Zellen sehr ähnlich und sollten kaum Moleküle produzieren, mit denen das Immunsystem nicht vertraut wäre. (Sie würden mit den Körperzellen nicht völlig übereinstimmen, weil während der Bildung von Eizellen und Spermien immer ein gewisser Austausch von DNA-Abschnitten zwischen den einst von der Mutter und vom Vater geerbten Chromosomen stattfindet; das Protein eines derart gemixten Proteins sieht daher etwas anders aus.) Außerdem wären Stammzellen dieser Herkunft für manche Menschen vielleicht ethisch eher akzeptabel als solche aus geklonten frühen Embryonen.

Profitieren könnte von diesem Verfahren beispielsweise eine Frau mit einem Herzinfarkt. Eizellen von ihr würden im Labor aktiviert, sodass sie sich zu Blastocysten entwickeln. Aus ihnen ließen sich dann Stammzellen isolieren und mit einer Kombination diverser Wachstumsfaktoren dazu bringen, in Glasschalen im Labor zu Herzmuskelzellen heranzuwachsen. Diese könnten, in die Frau rückimplantiert, das abgestorbene Herzgewebe ersetzen.

Mit einem ähnlichen Verfahren ? der "Androgenese" ? Stammzellen für einen Mann zu erzeugen, wäre allerdings komplizierter. Vielleicht könnte man die Kerne zweier seiner Spermien in eine entkernte Spender-Eizelle übertragen, wo sie sich eventuell zu einem vollwertigen Kern vereinen.

Mehreren Wissenschaftlern ist es inzwischen gelungen, unbefruchtete Eizellen von Mäusen und Kaninchen durch Zugabe verschiedener Chemikalien oder elektrische Reizung dazu anzuregen, sich zu Embryonen zu entwickeln. Elizabeth J. Robertson von der Harvard-Universität in Cambridge (Massachusetts) zeigte schon 1983, dass Stammzellen aus parthenogenetischen Mäuse-Embryonen eine Vielzahl von Geweben bilden können ? darunter auch Nerven und Muskeln.

Bei unseren Experimenten mit der Jungfernzeugung behandelten wir 22 Eier mit Chemikalien, welche die Konzentration von Ionen im Zell-Inneren verändern. Nachdem wir sie fünf Tage lang in Glasschalen gezüchtet hatten, waren sechs davon zu Gebilden herangewachsen, die wie Blastocysten aussahen. Allerdings enthielt keines einen "Embryonalknoten" an der Innenwand. Nur aus dieser inneren Zellmasse, aus der sich normalerweise der Embryo entwickelt, lassen sich Stammzellen gewinnen; die Wandung wird dagegen Teil der Placenta.

Unsere Motive

Ziel unserer Forschung ist es, eines Tages Patienten durch therapeutisches Klonen oder mit einer Zelltherapie auf parthenogenetischer Basis zu helfen. Im Visier haben wir dabei insbesondere Erkrankungen des Nerven- und Herz-Kreislauf-Systems sowie Diabetes, Autoimmun-Störungen und Krankheiten, die Blut und Knochenmark betreffen.

Mit Nervenzellen aus dem Reagenzglas hoffen wir nicht nur beschädigtes Rückenmark heilen, sondern auch degenerative Hirnschäden behandeln zu können ? etwa die Parkinson?sche Krankheit, bei der Hirnzellen absterben, die einen neuronalen Botenstoff namens Dopamin produzieren, was unkontrollierbares Zittern und Lähmungen hervorruft. Auch bei Alzheimer-Syndrom, Schlaganfällen und Epilepsie verspricht das Verfahren Hilfe.

Wie erwähnt, bieten sich Stammzellen aus geklonten Embryonen für die Züchtung von Insulin produzierenden Inselzellen aus der Bauchspeicheldrüse an. Ebenso leicht ließen sich daraus vermutlich Herzmuskelzellen zur Behandlung von Herzschwäche, Arrhythmien und Vernarbungen nach einem Infarkt gewinnen.

Eine noch interessantere potenzielle Anwendung wäre die Züchtung von Blut- und Knochenmarkzellen. Autoimmun-Erkrankungen wie multiple Sklerose und rheumatoide Arthritis entstehen, wenn Abwehrzellen wie die weißen Blutkörperchen, die aus dem Knochenmark stammen, körpereigenes Gewebe angreifen. Es gibt vorläufige Befunde, wonach sich bei Blutkrebspatienten mit einer zusätzlichen Autoimmunstörung deren Symptome besserten, wenn diese Personen im Rahmen der Tumorbehandlung ein Knochenmark-Transplantat erhielten, nachdem ihr eigenes Knochenmark durch aggressive Chemotherapie zerstört worden war. Demnach könnten Infusionen mit geklonten hämatopoietischen, also Blut bildenden Stammzellen das Abwehrsystem von Autoimmun-Patienten vielleicht in seinen Urzustand zurückversetzen.

Aber sind geklonte Zellen ? oder durch Jungfernzeugung geschaffene ? überhaupt normal? Letztlich können nur klinische Tests zeigen, ob sie sicher genug für den routinemäßigen Einsatz bei Patienten sind. Aber immerhin haben sich alle von uns selbst geklonten Tiere bisher als gesund erwiesen. In der Zeitschrift Science vom 30. November 2001 berichteten wir über unsere bisherigen Erfolge beim Klonen von Rindern. Von 30 ausgetragenen Kälbern sind sechs kurz nach der Geburt gestorben, aber alle anderen lieferten normale Ergebnisse bei medizinischen Tests; auch ihr Immunsystem funktioniert offenbar genauso gut wie das von normalen Rindern. Zwei Kühe haben sogar selbst schon wieder gesunde Kälber geworfen.

Beim Klonen scheint auch die biologische Uhr der betreffenden Zellen zurückgestellt zu werden, sodass diese in mancher Hinsicht jünger erscheinen als die Zellen, von denen sie abstammen. Vor zwei Jahren berichteten wir, dass bei geklonten Kälbern die Telomere ? die Kappen an den Enden der Chromosomen ? genauso lang sind wie bei frisch geborenen normalen Tieren. Üblicherweise verkürzen sich die Telomere oder werden beschädigt, während ein Organismus altert. Das therapeutische Klonen könnte also einer alternden Bevölkerung zu "jungen" Zellen verhelfen.

Im vergangenen Juli fand ein Artikel große Beachtung, in dem Rudolf Jaenisch und seine Kollegen am Whitehead-Institut für Biomedizinische Forschung in Cambridge (Massachusetts) über so genannte Prägungsdefekte bei geklonten Mäusen berichteten. Die genomische Prägung ist eine Art Stempel, der manchen Säugetier-Genen aufgedrückt wird. Er beeinflusst ihre An- und Abschaltung abhängig davon, ob das betreffende Gen vom Vater oder von der Mutter geerbt wurde. Das mitgelieferte Prägungsprogramm wird im Allgemeinen während der Embryonalentwicklung "zurückgesetzt" ? bei weiblichen Individuen auf die rein mütterli-che Form.

Obwohl die genomische Prägung bei Mäusen eine wichtige Rolle zu spielen scheint, weiß bisher jedoch niemand, wie bedeutsam das Phänomen beim Menschen ist. Außerdem haben Jaenisch und seine Mitarbeiter keine Mäuse untersucht, die aus Körperzellen ausgewachsener Tiere ? beispielsweise Fibroblasten oder Cumuluszellen ? geklont worden waren. Vielmehr betrachteten sie aus Embryonalzellen geklonte Mäuse. Nach den Ergebnissen neuerer Untersuchungen, die zur Veröffentlichung eingereicht sind und in den nächsten Monaten erscheinen sollten, ist die Prägung bei Mäusen, die aus erwachsenen Zellen geklont wurden, völlig normal.

Derzeit arbeiten wir intensiv daran, mit den geklonten oder parthenogenetisch erzeugten menschlichen Embryonen ein Entwicklungsstadium zu erreichen, das die Gewinnung von Stammzellen erlaubt ? damit aus den ersten Erfolgen ein wirklicher Durchbruch wird.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 1 / 2002, Seite 12
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
1 / 2002

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 1 / 2002

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