Bild: NASA
Vor rund zwei Jahren stellten Forscher eine Methode vor, mit der gewöhnliche Hautzellen in Stammzellen umgewandelt werden können. Seither besteht zumindest die theoretische Möglichkeit, Stammzelltherapien auch ohne den logistisch wie ethisch problematischen Verbrauch von Embryonalzellen durchzuführen. Die umprogrammierten Stammzellen sollen die Fähigkeit besitzen, sich in nahezu jede Art von Zellen zu verwandeln, die so genannte Pluripotenz.
Eine neue Studie von Forschern an MIT und Harvard University zeigt nun, dass sich diese umprogrammierten Zellen, die man auch induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) nennt, in funktionsfähige Nervenzellen umwandeln lassen, die sich in das Gehirn von Nagern transplantieren lassen. Gleichzeitig ergab sich, dass sie die Symptome am Ratten-Modell von Parkinson linderten.
Das Forscherteam unter der Leitung von Rudolph Jaenisch vom Whitehead Institute of Biomedical Research des MIT setzte die bekannte Methode zur Umprogrammierung ein, bei der Hautzellen einer Maus pluripotent werden, wenn man sie mit einem Retrovirus infiziert, der vier bestimmte Gene trägt.
Als erstes zeigten die Wissenschaftler, dass sie die Mäusehautzellen in einer Laborkultur zu funktionierenden Nervenzellen umbilden konnten. Dann transplantierten sie diese gewonenen Neuronen in die Gehirne von Mäusen im Föten-Stadium. Nachdem die Tiere ins frühe Erwachsenenalter eingetreten waren, wurden ihre Gehirne untersucht und die transplantierten Zellen identifiziert, die dazu zuvor mit einem fluoreszierenden Marker versehen worden waren. "Die Zellen wanderten problemlos ins Gehirn und wuchsen dort heran", sagt Marius Wernig, Postdoc-Fellow am Whitehead Institute. "Sie übernahmen Funktionen ausgebildeter Nervenzellen."
Als nächstes testete das Forscherteam, ob diese funktionierenden Nervenzellen Defekte in einem Tiermodell verschiedener Krankheiten beheben können. Bei Parkinson verliert der Betroffene eine bestimmte Nervenzellenpopulation – diejenigen, die Dopamin erzeugen. Die Studie nutzte das Modell von Parkinson, bei dem Ratten ein Gift gegeben wird, das die Dopamin-Nervenzellen auf einer Gehirnseite zerstört. Obwohl die Tiere eigentlich normal wirken, neigen sie dazu, sich in Richtung der beschädigten Gehirnseite im Kreis zu drehen, wenn die verbliebenen Dopamin-Nervenzellen mit Amphetaminen stimuliert werden. Bei Ratten, denen zuvor iPS-Nervenzellen implantiert wurden, verbesserten sich diese Symptome.
John Gearhart, Stammzellbiologe an der Johns Hopkins School of Medicine, der die Studie kennt, gibt allerdings zu bedenken, dass frühere Untersuchungen zum Thema widersprüchliche Ergebnisse gezeigt hätten. So waren die im iPS-Verfahren produzierten Stammzellen manchmal wirklich pluripotent, manchmal jedoch auch nicht. Trotzdem sei die MIT-Harvard-Studie wichtig, weil sie nun endlich iPS-Zellen mit Nervenzellen aus embryonalen Stammzellen vergleiche.
Noch ist unklar, warum die Expression von nur vier Genen dafür sorgt, dass normale Zellen sich völlig umkrempeln und pluripotent werden. Zwei der Gene sind bekannte Onkogene, also Tumorverstärker, die helfen, dass sich Zellen ausbreiten; die anderen beiden hängen offenbar mit der Erhaltung des pluripotenten Zustands von Stammzellen zusammen. Obwohl die Jaenisch-Studie nun als "Proof of Concept" gelten kann, muss doch noch viel passieren, bis derart umprogrammierte Stammzellen in den Klinikalltag Einzug halten. Aktuell gilt die Technik als zu unsicher für die Nutzung am Menschen, weil die Zellen potenziell Krebs auslösen könnten. Studienmitarbeiter Wernig betont, dass die nächste große wissenschaftliche Anstrengung darin liegen werde, menschliche Zellen umzuprogrammieren, ohne dass man Retroviren oder Onkogene benötige. Möglicherweise könnte man dazu neuartige Zellwirkstoffe verwenden.
Schon seit vielen Jahren erhält eine kleine Gruppe von Parkinson-Patienten experimentelle Zelltransplantate – Dopamin-Nervenzellen, die aus Föten stammen. Doch die Verwendung solchen Gewebes ist ethisch bedenklich. Ähnliche Experimente wurden bereits an Tieren durchgeführt – mit Stammzellen aus Embryonen oder solchen, die mittels Zellkerntransfer, dem so genannten therapeutischen Klonen, erzeugt wurden. iPS-Zellen bieten nun eine Methode, den Verbrauch von Embryonen zu vermeiden und die vielfältigen technischen Probleme beim therapeutischen Klonen zu umgehen. Stammen die Zellen auch noch von der eigenen Haut des Patienten, würde dies außerdem potenzielle Komplikationen durch eine Immunreaktion gegenüber fremdem Gewebe ausschließen.
Bei den ersten Experimenten von Jaenisch und seinem Team entwickelten allerdings viele der Versuchstiere Tumore, was sich aus der Tatsache erklären lässt, dass sich nicht alle transplantierten iPS-Zellen vorher zu Nervenzellen ausentwickelt hatten. Leiden wie diese wurden auch schon bei Experimenten mit embryonalen Stammzellen festgestellt. Jaenisch verwendete deshalb nun ein zusätzliches Verfahren, bei dem die Zellen genau sortiert werden, um noch nicht ausdifferenzierte Zellen zu entfernen.
"Nachdem wir diese aus der Mischung entfernt hatten, erhielten wir sehr reine Transplantate", meint Ole Isacson, Neurologe an der Harvard Medical School, der an der Studie mitgearbeitet hat. Ergo: Die Ratten, die diese gereinigten Zellen erhielten, entwickelten auch keine Tumore. Isacson glaubt auch, dass die Reinheit der Transplantate eine wichtige Antwort auf die Frage geben könnte, warum einige Zellgaben besser funktionieren als andere.
Dieser Text ist der Zeitschriften-Ausgabe 05/2008 von Technology Review entnommen. Der Artikel steht auch als kostenpflichtiges pdf im Heise Kiosk zum Download bereit.
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