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Ein echter Meilenstein

Jetzt sind die Stammzellexperten gefragt. Wie beurteilen sie die "Dammbrüche"„ und "bahnbrechenden Neuerungen", die auf ihrem Gebiet in jüngster Zeit zu verzeichnen waren. Welchen wissenschaftlichen Wert sehen sie in einem geklonten menschlichen Embryo? Und was erwarten sie sich von reprogrammierten Hautzellen?

Für Prof. Christof von Kalle, Stammzellexperte und Krebsspezialist, ist der erste klonierte menschliche Embryo nicht der große wissenschaftliche Durchbruch. (Foto: DKFZ)
Otto-Normal-Mensch schenkte die meiste Aufmerksamkeit der Arbeit des Amerikaners Andrew J. French. Sein Team hat nach dem Fälschungsskandal um den Südkoreaner Hwang nun wohl tatsächlich einen menschlichen Embryo geklont. Für Prof. Dr. Christof von Kalle, den Leiter des Nationalen Centrums für Tumorerkrankungen in Heidelberg, ist dieses Ergebnis allerdings „kein großer wissenschaftlicher Meilenstein“. Aus Tierversuchen habe man schließlich gewusst, dass das Verfahren grundsätzlich funktioniert. Das Urteil des Krebsspezialisten und Stammzellexperten: „Fürs Fachpublikum ein interessantes Ergebnis – mit handwerklichen Verbesserungen der Methode.“

Skepsis bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft

Das amerikanische Team verwendete im Gegensatz zu anderen Arbeitsgruppen Eizellen von sehr jungen Spenderinnen, die kaum älter als 20 Jahre waren. Außerdem arbeiteten die Wissenschaftler zügig und nahmen den somatischen Zellkerntransfer (SCNT) so rasch wie möglich vor. Bei diesem Verfahren werden die Kerne aus den frisch entnommenen Eizellen herauspräpariert und durch die Kerne - in diesem Fall männlicher Hautzellen - ersetzt. Das eigentliche Ziel, das die Gruppe anstrebte, konnte sie allerdings nicht erreichen. Es ist ihr nicht gelungen, aus den geklonten Embryonen Stammzellen heranzuziehen. Diese sollen sich dann im Reagenzglas zu verschieden Körperzellen oder gar vollständigen Organen spezialisieren.
Auch deshalb blickt man in Bonn bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) skeptisch auf Frenchs Experimente. Marco Finetti, Sprecher der DFG, bemängelt, dass grundlegende zellbiologische Prozesse der frühen Entwicklung menschlicher Zellen noch nicht so weit geklärt seien, dass ein Einsatz des SCNT im humanen System für Therapiezwecke infrage käme. Auch die Tatsache, dass viele Eizellen von jungen Spenderinnen nötig wären, um derartige Untersuchungen durchzuführen, und dass dabei möglicherweise entwicklungsfähige Embryonen entstehen, gefällt der DFG nicht.

„Völlig neue Qualität mit Zellen umzugehen“

Ihre Hoffnungen richten sich auf einen ebenfalls neuen, aber grundsätzlich anderen Weg: die Rückprogrammierung von Körperzellen in einen Quasi-Embryonalzustand. In Bonn hält man diesen Weg für „hochaktuell, wissenschaftlich spannend und sehr relevant“. Deshalb hat die DFG im vergangenen Jahr das Schwerpunktprogramm „Pluripotenz und zelluläre Reprogrammierung“ angestoßen. Langfristig soll es dazu führen, „die Abhängigkeit von humanen embryonalen Stammzellen zu überwinden“.

Auch Christof von Kalle ist fasziniert von den induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS). „Das ist eine völlig neue Qualität mit Zellen umzugehen“, urteilt der Stammzellexperte. Im vergangenen Sommer war es dem Japaner Shinya Yamanaka und deutschstämmigen Rudolph Jaenisch gelungen, Hautzellen von Mäusen in einen embryonalähnlichen Zustand zurückzuversetzen. Ende vergangenen Jahres ist das dann auch mit Menschenzellen gelungen. Für Ernst-Ludwig Winnacker, den Präsidenten des European Research Council in Brüssel, könnte sich daraus „eine echte Alternative für Forschung und Therapie entwickeln“.
Bei dieser Abbildung schlagen Forscherherzen höher: In der Zeitschrift Cell zeigte Shinya Yamanaka, dass es ihm gelungen ist, menschliche Hautzellen in einen embryonalähnlichen Zustand zurückzuversetzen. (Foto: Yamanaka, Cell, Vol 131,861-872, 30. Nov.2007)

Rätsel durch intelligente Überlegungen gelöst

„Da in jeder Generation neue Eizellen hergestellt werden, war klar, dass das Prinzip ‚Jungbrunnen’ im Programm der Zellen verankert sein musste“, erläutert von Kalle. Wie dieses aber richtig anzuschalten sei, das habe niemand gewusst, bis nun Yamanaka und Co. dem Rätsel durch intelligente Überlegungen auf die Spur gekommen seien. Diese Gedankenarbeit ist für den Heidelberger Wissenschaftler „ein echter Meilenstein“. Er ist auch zuversichtlich, dass sich das krebserzeugende Potenzial, das den iPS zurzeit anhaftet, ausgeschaltet werden kann. Sowohl die gegenwärtig für die Reprogammierung übertragenen Gene wie auch die Genfähren, die sie in die Zellen einschleusen, bergen diese gefährliche Eigenschaft in sich.

Viele Variationen der neuen Technik seien möglich, glaubt von Kalle. Wobei er, wie viele Kollegen, die größten Hoffnungen darauf setzt, die im Erbgut ohnehin vorhandenen Schalter für das Verjüngungsprogramm direkt im Genom an- und nach erfolgreicher Rückprogrammierung ins Embryonalstadium wieder abzuschalten. Auf Genfähren mit krebserregendem Potenzial könnte dann genauso verzichtet werden wie auf den riskanten Einbau von Protoonkogenen ins Erbgut. An diesem Punkt wird übrigens deutlich, dass die Erkenntnisse, die die Erzeugung von iPS möglich gemacht haben, einer wertvollen Medaille gleichkommen – mit nicht nur einer sondern zwei Seiten.

Auch für die Krebsforschung von größter Bedeutung

Yamanakas und Jaenischs Arbeiten sind nicht nur für die Stammzell-, sondern auch für die Krebsforschung von größter Bedeutung. Der Gencocktail, den diese genutzt haben, um aus Hautzellen iPS werden zu lassen, zeigt, so von Kalle, „dass viele Onkogene in Wahrheit Stammzellregulationsgene sind“. Durch die Erkenntnisse, die die Wissenschaft aus der Weiterentwicklung der iPS in Zukunft erlangen werde, werde auch das Verständnis von Krebsentstehung und -entwicklung wachsen. Man werde besser verstehen, warum Zellen wachsen, warum sie sich differenzieren und wie man sie davon abhalten kann, zu entarten. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der Meyenburg-Preis für herausragende Leistungen in der Krebsforschung im vergangenen November im Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) an Shinya Yamanaka verliehen wurde. Mit 50.000 Euro gehört diese Auszeichnung zu den am höchsten dotierten Wissenschaftspreisen in Deutschland.

Wie lange es allerdings noch dauern wird, bis sich aus den iPS oder auch aus natürlichen embryonalen Stammzellen etwas „klinisch Brauchbares“ machen lässt, wagt von Kalle nicht zu schätzen. Grundsätzlich ist der Stammzellexperte aber zuversichtlich: „Da Mutter Natur es gelingt, aus embryonalen Stammzellen rasch einen gut funktionierenden Organismus zu entwickeln, muss letzten Endes die Erzeugung von Organzellen aus Stammzellen auch im Reagenzglas möglich sein.“

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Glossar

  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Das Genom ist die gesamte Erbsubstanz eines Organismus. Jede Zelle eines Organismus verfügt in Ihrem Zellkern über die komplette Erbinformation.
  • Ein Klon ist eine genetisch identische Kopie eines Lebewesens, die auf natürlichem Weg durch Teilung aus einer einzigen Zelle entsteht. Beispiele für natürliche Klone sind Bakterienkolonien auf der Ebene der Einzeller und Zwillinge auf der Ebene der mehrzelligen Organismen. Bei der gentechnischen Variante der Klonerzeugung, der sogenannten Klonierung, wird entweder DNA in vitro neu kombiniert und anschließend in Zellkulturen vermehrt oder es werden genetisch identische Zellen oder auch Lebewesen durch Transplatation eines Zellkerns einer Körperzelle in eine undifferenzierte Zelle (Eizelle, Stammzelle) erzeugt.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Embryonale Stammzellen sind Zellen, die aus dem frühen Blastozystenstadium von Embryonen, die durch künstliche Befruchtung entstehen, oder aus primordialen Keimzellen von fünf- bis neunwöchigen abgetriebenen Föten, gewonnen werden. Embryonale Stammzellen können in Gewebekultur praktisch unbegrenzt ohne Anzeichen des Zellalterns vermehrt werden und sind pluripotent, d. h. sie haben die Fähigkeit, sich zu vielen, möglicherweise allen der ungefähr 200 verschiedenen Zelltypen des Körpers zu differenzieren.
  • Zellen, die fähig sind sich zu jedem anderen Zelltyp des Körpers zu differenzieren, werden als pluripotent bezeichnet. Anders als totipotente Zellen können sie aber keinen neuen Organismus bilden.
  • Stammzellen sind Zellen, die die Fähigkeit zur unbegrenzten Zellteilung besitzen und die sich zu verschiedenen Zelltypen ausdifferenzieren können. Stammzellen können aus Embryonen, fötalem Gewebe und aus dem Gewebe Erwachsener gewonnen werden. In Deutschland ist die Gewinnung embryonaler Stammzellen verboten.
  • Ein Tumor ist eine Gewebsschwellung durch abnormales Zellwachstum, die gutartig oder bösartig sein kann. Gutartige (benigne) Tumore sind örtlich begrenzt, während Zellen bösartiger (maligner) Tumore abgesiedelt werden können und in andere Gewebe eindringen können, wo sie Tochtergeschwulste (Metastasen) verursachen.
  • kb ist die Abkürzung für Kilobase. Diese Einheit für die Länge von DNA- oder RNA-Molekülen entspricht 1.000 Basen bzw. Basenpaaren der Nukleinsäure.
  • Die Zelldifferenzierung bezeichnet die Spezialisierung von Zellen in Bezug auf ihre Funktion und ihre Struktur. So entstehen aus undifferenzierte Stammzellen verschiedene Zelltypen wie Herzmuskel-, Nerven- oder Leberzellen, die ganz unterschiedlich ausssehen und verschiedene Aufgaben erfüllen.
  • Die Zytologie oder auch Zellbiologie ist eine Disziplin der Biowissenschaften, in der mit Hilfe mikroskopischer und molekularbiologischer Methoden die Zelle erforscht wird, um biologische Vorgänge auf zellulärer Ebene zu verstehen und aufzuklären.
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