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Stammzellforschung: Viele Wege führen zum Klon

Therapieversprechen, Reprogrammierung, Fälschungsskandale und Kuh-Chimären - kaum ein Forschungsgebiet bringt so viele Schlagzeilen wie die Stammzellforschung. Wo steht das Forschungsgebiet? Welche Hürden sind genommen, welche gilt es noch zu überwinden? Ein Überblick.
Embryonale Stammzellen
Es begann im Jahr 1998. Damals gelang einem amerikanischen Forscherteam um James Thomson von der Universität von Wisconsin erstmals die Herstellung menschlicher embryonaler Stammzellen. Die Wissenschaftler hatten überschüssige Embryonen aus der künstlichen Befruchtung verwendet, um Zelllinien zu züchten, die sich unbegrenzt weitervermehrten und aus denen die verschiedensten Gewebetypen entstehen konnten.

Schon gleich keimte die Hoffnung auf zukünftige Therapieformen für eine ganze Palette von Krankheiten. Morbus Parkinson, Diabetes, Querschnittslähmung, Herzinfarkt – bei vielen Krankheiten sterben bestimmte Zelltypen ab oder funktionieren nicht richtig. Mit den Stammzellen war nun eine schier unerschöpfliche Quelle von Material für die Gewebetransplantationen erschlossen. Auch für die Grundlagenforschung sind embryonale Stammzellen von unschätzbarem Wert. So könnten Erbkrankheiten an mutanten Zelllinien untersucht oder Gewebe für Medikamententests gewonnen werden.

Trotz dieser Aussicht auf Heilung hat es die Stammzellforschung nicht leicht – schon von Anfang an wurde sie begleitet von einer heftigen ethischen Debatte. In Deutschland ist es verboten, bei der künstlichen Befruchtung überschüssige Embryonen zu erzeugen, ebenso die Herstellung embryonaler Stammzelllinien oder die Forschung an diesen Zellen.
"Wir verlieren immer mehr den Anschluss"
(Jürgen Hescheler)
Eine Ausnahmeregelung gilt nur für Linien, die vor dem1. Januar 2002 erzeugt wurden. Damit soll verhindert werden, dass deutsche Wissenschaftler einen Anreiz schaffen, neue Stammzelllinien herzustellen und hierfür Embryonen nach den ersten Zellteilungen, so genannte Blastozysten, zu Forschungszwecken zu vernichten.

Ähnlich strikte Regeln herrschen auch in Österreich, Italien, Norwegen und Polen. England, Israel und Singapur sind dagegen regelrechte Stammzellforschungsparadiese. "Wir verlieren immer mehr den Anschluss", meint Jürgen Hescheler, Stammzellforscher an der Universität Köln. "Ich bin sehr skeptisch, ob Deutschland bei der Entwicklung neuer Therapien dabei sein wird."

Der Druck auf die Wissenschaftler, Ergebnisse zu produzieren um sie gegen die ethischen Bedenken in die Waagschale zu werfen, ist enorm. Das große Potenzial der Zellen lässt sich aber nur in mühsamen kleinen Forschungsschritten aus ihnen herauskitzeln.

Meilensteine auf einem steinigen Weg

Heute kann man mit dem richtigen Cocktail an Wachstumsfaktoren embryonale Stammzellen dazu bringen, sich in verschiedene Zelltypen zu verwandeln, wie zum Beispiel in Nerven-, Herzmuskel-, Blut- und Leberzellen oder auch in Insulin produzierende Zellen der Bauchspeicheldrüse. Nach der Transplantation – im Tierversuch – fügen sich die Zellen in das bestehende Körpergewebe ein und zeigen mitunter sogar therapeutische Wirkung: Neurone aus der Petrischale vernetzen sich mit Zellen des Gehirns, Herzmuskelzellen tragen zu Herzgewebe bei und steigern die Schlagkraft des Herzens nach einem Infarkt.

Verschiedentlich berichteten Wissenschaftler über die Entstehung von Tumoren bei solchen Transplantationsexperimenten, denn der Segen dieser Zellen, die unbegrenzte Teilungsfähigkeit, ist auch ihr Fluch. Hescheler, der sich seit 1990 mit physiologischen Messungen und der Nutzung embryonaler Stammzellen für die Regeneration von Herzgewebe befasst, sieht darin aber keine unüberwindbare Hürde: "Ich denke, das Problem ist technisch gelöst." Transplantiert werden nicht die embryonalen Stammzellen, sondern aus ihnen gewonnene vordifferenzierte Herzvorläuferzellen, die keine Tumore bilden.

"Wir haben in Köln ein Selektionssystem entwickelt, mit dem wir aus den embryonalen Stammzellen eine 99-prozentig reine Herzzellenkultur herstellen können", erläutert der Stammzellforscher. "Wenn man diese Zellen transplantiert, entsteht definitiv kein Tumor." Ähnliche Selektionssysteme gibt es auch für die Gewinnung anderer Zelltypen.

Nur begrenzt tauglich

Neben diesen embryonalen Alleskönnern gibt es jedoch auch noch eine Alternative: Die "adulten" Stammzellen, aus denen der Körper das Gewebe vieler Organe ständig erneuert. Auch sie könnten sich zu therapeutischen Zwecken nutzen lassen. "Für die Knorpel- oder Hautherstellung eignet sich die Methode sehr gut", sagt Hescheler.

Für sein Spezialgebiet, die Regeneration von Herzgewebe, sieht er hier aber keine Alternative. Adulte Stammzellen des Herzens sind im Kind noch vorhanden, reduzieren sich aber rapide mit dem Alter.
"Das eingeschränkte Entwicklungspotenzial ist ein großes Problem fast aller adulter Stammzellen"
(Jürgen Hescheler)
Ihre Vermehrbarkeit bleibt begrenzt, sodass es für eine Therapie schlicht an Material fehlen würde. Blutstammzellen aus dem Knochenmark können zwar wesentlich leichter gewonnen werden, sie sind aber für eine Herztherapie untauglich.

"Eine Transdifferenzierung, bei der eine Knochenmarkszelle zu einer Herzzelle wird, funktioniert nicht", betont Hescheler, "Das eingeschränkte Entwicklungspotenzial und die begrenzte Vermehrbarkeit ist ein großes Problem fast aller adulter Stammzellen."

Jedem seine Stammzelllinie

Um eine Transplantationstherapie anwenden zu können, müssen nicht nur die richtigen Stammzellen in ausreichender Menge hergestellt werden, es gibt auch noch ein weiteres Problem zu lösen: Jede Stammzelllinie aus einer Blastozyste wird vom Immunsystem als Fremdkörper erkannt und attackiert. Mediziner müssten an die tausend embryonale Stammzellen in internationalen Banken sammeln, um für jeden Patienten Spenderzellen mit möglichst geringem Abstoßungsrisiko zur Verfügung zu haben. Um eine Alternative bemüht, entwickeln Wissenschaftler Methoden, mit denen Stammzelllinien aus Körpereigenen Zellen hergestellt werden können.

Therapeutisches Klonen | Schema für das therapeutische Klonen beim Menschen: Aus der Spender-Eizelle wird der Zellkern entfernt und der Kern einer Körperzelle des Patienten eingesetzt. Die Eizelle entwickelt sich zu einer Blastozyste, aus der embryonale Stammzellen gewonnen werden können. Die Stammzellen reifen zu unterschiedlichen Zelltypen heran, die dem Patienten als genetisch identisches Gewebe wieder eingepflanzt werden können.
Eine dieser Methoden ist der Kerntransfer: Der Kern einer Körperzelle wird in eine entkernte Eizelle transplantiert; die resultierende Zelle hat die genetischen Eigenschaften der Spenderzelle und das uneingeschränkte Entwicklungspotenzial der Eizelle. Im Jahr 2004 meldete der koreanische Wissenschaftler Hwang Woo-Suk die erfolgreiche Herstellung menschlicher embryonaler Stammzellen mit dieser Methode, ein Jahr später trumpfte er gleich mit 11 patientenspezifischen Zelllinien. Die Ergebnisse waren komplett gefälscht – Hwang hatte einen der größten Fälschungsskandale der modernen Forschungsgeschichte verursacht.

In Deutschland sind solche Experimente untersagt. Denn es werden hierbei zwar keine menschlichen Embryonen "verbraucht", aber es entstehen Zellen, die sich theoretisch zu Menschen entwickeln könnten. Auch in Ländern, die den Kerntransfer gestatten, bereitet die Methode Schwierigkeiten. Um Stammzellen durch Kerntransfer herzustellen sind große Mengen von Eizellen nötig. Das wirft praktische und ethische Probleme auf.

Woher nehmen, wenn nicht klonen

Hans Schöler versuchte 2003 einen anderen Weg. Der heutige Leiter der Zell- und Entwicklungsbiologie am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Göttingen – der damals an der Universität von Pennsylvania forschte – nutzte bei Mäusen das uneingeschränkte Entwicklungspotenzial embryonaler Stammzellen zur Erzeugung von Eizellen. Allerdings hat es bisher noch niemand geschafft, diese Eizellen durch Kerntransfer wieder zu Stammzellen zurückzuverwandeln.

Auf der Suche nach anderen Wegen, den Engpass bei menschlichen Eizellen zu umgehen, genehmigte das englische Parlament kürzlich, menschliches Erbgut in entkernte Eizellen der Kuh einzuschleusen. Zu einer reinen menschlichen embryonalen Stammzelle wird sich ein solches Gebilde aber nicht entwickeln, da die Mitochondrien der Empfängerzelle immer noch Rinder-Erbsubstanzen tragen. "Für therapeutische Zwecke sind diese Zellen ungeeignet", meint Hescheler daher. Nur in der Forschung wären sie einsetzbar.

Ganz legale Stammzelltricks

Geht es auch anders? Vielleicht: "Der Königsweg zur Stammzelle?" und "Ethisch reine Zellen" titelten die Medien im Juni dieses Jahres – gleich drei Forscherteams war es unabhängig voneinander gelungen, Hautzellen der Maus mit Hilfe der Gabe von vier Wachstumsfaktoren zu embryonalen Zellen zurückverwandeln. Mit dieser Methode ließen sie sich – wenn sie auf menschliche Zellen übertragbar ist – nicht nur für jeden Patienten maßgeschneiderte Zellen herstellen, man bräuchte dafür auch keine menschlichen Embryonen oder Eizellen.

"Die vier Faktoren, die bei der Maus die Reprogrammierung hervorrufen, funktionieren bei menschlichen Zellen allerdings nicht", dämpft Hescheler die Hoffnung.
"Die Faktoren funktionieren bei menschlichen Zellen nicht"
(Jürgen Hescheler)
"Die Signalwege sind hier zu unterschiedlich." Der Beweis, dass die Rückverwandlung prinzipiell funktioniert, ist aber mit den Tierexperimenten erbracht.

Zur Herstellung menschlicher Stammzellen aus den Zellen der Haut bleibt noch viel Forschungsarbeit nötig – und zwar an embryonalen Stammzellen. Es scheint ein Paradox zu sein, dass die Lösung des ethischen Problems der Stammzellforschung nur über eben diese umstrittene Forschung an embryonalen Stammzellen aus Blastozysten führen kann. Möglicherweise wird sich die "verbrauchende Embryonenforschung" als vorübergehende Methode erweisen, ohne die das Gebiet der Stammzellforschung aber nie entstanden wäre.

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