Spermien aus dem Reagenzglas

25.03.2011

Forscher haben erstmals Säugetier-Spermien im Labor reifen lassen - ein Prozess, für den die Natur Wochen braucht

Was macht ein Spermium zum Spermium? Vor allem die Fähigkeit, eine Eizelle zu befruchten und auf diese Weise für gesunden Nachwuchs zu sorgen. Die Tatsache, dass im Ejakulat eines einzigen Geschlechtsaktes je nach Tierart einige Millionen Spermien schwimmen, täuscht etwas darüber hinweg, dass es sich dabei um mehr als Wegwerfware handelt: Die Keimzellen entstehen in einem komplizierten Prozess, den der Mensch im Labor bisher nicht nachahmen konnte. Und nicht nur das - es ist bisher nicht einmal labortechnisch gelungen, die körpereigene Werkstatt zu benutzen, um bereits vorhandene Spermien-"Rohlinge" zu befruchtungsfähigen, erwachsenen Gameten reifen zu lassen.

Dieser Prozess vollzieht sich in mehreren Phasen - beginnend bei spermatogonen Stammzellen. Diese differenzieren sich schrittweise, bis man sie Spermatozyten nennt. Es folgt eine meiotische Zellteilung, deren Ergebnis die (kleineren) Spermatiden sind, die sich schließlich zu Spermatozoen entwickeln. Der gesamte Reifungsprozess dauert mehrere Wochen. Relativ früh haben Forscher Versuche gestartet, ihn außerhalb des Körpers in kultiviertem Keimdrüsengewebe ablaufen zu lassen.

Doch der Erfolg ließ auf sich warten. Die meiotische Teilung der Spermatozyten brach spätestens im Stadium des Pachytäns ab - das ist der Moment, in dem sich einzelne Chromosomenabschnitte neu kombinieren. Gewissermaßen das Stadium also, das dafür sorgt, dass der Nachwuchs weder Vater noch Mutter komplett gleicht.

Ein japanisches Forscherteam berichtet nun im Wissenschaftsmagazin Nature, dass es gelungen sei, den kompletten Prozess bis zu seinem glücklichen Ende zu führen - bis zum befruchtungsfähigen Spermium, das selbst wieder fruchtbaren Nachwuchs produziert. Die Wissenschaftler haben zwar an Mausmodellen gearbeitet, es gibt jedoch kein prinzipielles Hindernis, das der Übertragung auf den Menschen entgegenstünde.

Als wichtige Voraussetzung erwies sich, den sich entwickelnden Keimzellen zu jedem Zeitpunkt alle auch im Organismus zur Verfügung stehenden Komponenten zuzuführen. Dazu lagerten die Forscher das Keimgewebe auf einer Nahrungsunterlage - jedoch nicht trocken, sondern zur Hälfte in Nährflüssigkeit. Um den Prozess besser beobachten und steuern zu können, nutzten die Wissenschaftler genveränderte Mäuse, die, abhängig vom Stadium der Zellteilung, bestimmte Farbstoffe ausbildeten.

Zweijährige als Väter?

Die optimale Temperatur lag bei 34 Grad Celsius - und damit unterhalb der Körpertemperatur. Das ist nicht ganz überraschend: Auch beim Menschen sind die Keimdrüsen in den Hoden so außerhalb des Körperinneren gelagert, dass sie ein paar Grad gekühlt sind. Eine weitere Voraussetzung für den Erfolg war eine Beimischung von zehn Prozent fötalen Kälberserums in der Nährflüssigkeit - dabei handelt es sich um ein Serum, das aus dem Blut von Kuhföten gewonnen wird. Noch besser wirkte das so genannte Knockout-Serum-Replacement, das eigentlich Stammzellen in ihrem undifferenzierten Zustand halten soll.

Interessant ist die Arbeit der japanischen Forscher nicht nur für künftige Mäusegenerationen: Sie könnte vielmehr ein Problem der menschlichen Reproduktionsmedizin lösen. Wenn Männer nämlich als Nebenwirkung etwa einer Krebstherapie ihre Fruchtbarkeit einüben, hilft ihnen heute schon bei Bedarf zuvor eingefrorenes Sperma. Das funktioniert aber bei jüngeren Patienten nicht, die vor Beginn der Behandlung noch keine reifen männlichen Keimzellen besaßen. Ließe sich der in Japan entwickelte Prozess auf menschliche Gewebe übertragen, könnte man die gesuchten Spermien im Labor heranreifen lassen.

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