Wie Körperzellen wieder zu Stammzellen werden

Stammzell-Therapie. Dieses Schlagwort gilt als die große Hoffnung der Zukunft. Denn Stammzellen haben die „Macht“ (Potentia), sich in alle Gewebearten zu entwickeln, die im menschlichen Körper vorkommen (Pluripotenz). Die Hoffnung der Mediziner besteht darin, dass man aus Stammzellen Ersatz-Gewebe bei degenerativen Krankheiten züchten kann. Parkinson, Multiple Sklerose und Alzheimer sollen so endlich heilbar werden.

Mitten in diesem zukunftsweisenden Forschungsgebiet blickte ein Forscher aus Japan zurück in die Vergangenheit. Genauer gesagt, er untersuchte die Vergangenheit der einzelnen Stammzellen. Denn ganz zu Beginn, im Stadium kurz nach der Verschmelzung von Ei- und Samenzelle, stecken alle Möglichkeiten der Pluripotenz in dem Zellhaufen. Schon nach wenigen Tagen beginnt die Differenzierung in einzelne Gewebsarten. Ab dann ist eine Hautzelle eine Hautzelle und eine Nervenzelle eine Nervenzelle.

Shinya Yamanaka – einer der Stargäste der heurigen Technologiegespräche in Alpbach – und seine Kollegen in Kyoto begannen die Suche nach den Faktoren, die im frühen Stadium der Stammzellen für die Pluripotenz verantwortlich sind. Es muss Gene geben, die sozusagen die Breitband-Möglichkeiten angeschaltet lassen, bis die folgenden Zellen ihre Bestimmung erkennen und sich beispielsweise zu Haut- oder Nervenzellen differenzieren, woraufhin alle Gene, die nicht für diese bestimmte Gewebsart notwendig sind, abgeschaltet werden.

Die alte Herangehensweise an diese zukunftsweisende Forschung konzentrierte sich auf embryonale Stammzellen, eben jene Zellen aus dem undifferenzierten Zellhaufen, die die Macht des Möglichen noch in sich tragen. Bei ihrer Herstellung werden überschüssige Embryonen verwendet, die bei jeder künstlichen Befruchtung quasi als „Abfallprodukt“ anfallen.

Früher nur embryonale Zellen

Yamanaka forschte bis vor wenigen Jahren in Japan und den USA an embryonalen Stammzellen von Mäusen und Menschen. Bei einem Besuch in einer der Kliniken, die künstliche Befruchtungen durchführen und dort überschüssige befruchtete Eizellen, die woanders in den Müll wandern, zur Forschung freigeben, blickte er durch das Mikroskop und betrachtete die befruchteten Eizellen. „Als ich die Embryo-Zellen sah, erkannte ich, dass zwischen diesen und meinen eigenen Töchtern kaum ein Unterschied besteht“, erzählt Yamanaka. Daraufhin wollte er unbedingt einen Weg finden, die Stammzellen-Forschung auch ohne den Verbrauch von Embryos zum großen Thema der Zukunft zu machen. Die Idee, die er hatte, bezog sich auf die Faktoren, die für das Abschalten der Pluripotenz zuständig sind. Yamanaka war sich sicher, dass man die ausdifferenzierten Zellen eines Erwachsenen wieder in ihren ursprünglichen Zustand der Pluripotenz zurückführen könne. Bloß, wie findet man die richtige Kombination der Faktoren bei einer Auswahl von mehreren hundert Genen, die in Frage kommen könnten?

Durch die Erfahrungen auf dem Gebiet der Stammzellen konnten Yamanaka und sein Team die Kandidaten auf 24 Gene herunterschrauben. Dann war es nur mehr ein „Vier aus 24-Spiel“, bis die richtige Kombination der vier Gene gefunden war, die man in einer Zelle wieder anschalten muss, um die Pluripotenz zu induzieren. Daher auch der Name, den die Japaner dieser Stammzellart gaben: induzierte pluripotente Stammzellen (iPS).

Kombination der vier Richtigen

Im Jahr 2006 feierte die Gruppe um Yamanaka den Erfolg: An Mäusen war es gelungen, Hautzellen wieder zu Stammzellen zu „verjüngen“. Die richtigen vier Gene wurden über Retroviren in die Hautzellen eingebracht. Mit einem „educated guess“ (einer begründeten Vermutung), wie Yamanaka es ausdrückt, konnten sie die vier Richtigen finden – ähnlich wertvoll wie die sechs Richtigen im Lotto. Die Tür zur Stammzell-Therapie schien einen Spalt weiter geöffnet worden zu sein.

Doch der große Haken an der Sache: Sowohl eines der vier hinzugefügten Gene als auch die Transport-Viren selbst stellen ein hohes Risiko für Tumor-Bildungen dar. Und was bringt ein „Ersatz-Gewebe“, das sich bald zum Krebs entwickeln kann?

Daher forschte man weiter. Das Tumor-Gen kann man inzwischen schon weglassen: Es reichen zwei Gene, um den Schalter umzulegen, der die Zellen ins Ursprungsstadium zurückführt. Eine Alternative zu den Retroviren als Gen-Transporter ist jedoch noch nicht gefunden.

Die Bemühungen gingen auch mehr in die Richtung, den Schritt von der Maus zum Menschen zu wagen. Im November 2007 gelang es der Kyoto-Gruppe (zeitgleich mit US-Forschern rund um James Thomson) aus menschlichen ausdifferenzierten Zellen wieder pluripotente Stammzellen zu machen. Der Workaholic Yamanaka berichtete von der monatelangen Suche nach den richtigen Faktoren: „Zuerst suchten wir nach neuen Kombinationen. Doch im Endeffekt waren es die gleichen vier Gene wie in der Maus, die im Menschen Pluripotenz induzierten. Nur die Umgebungs-Bedingungen etwa der Nährlösung mussten verändert werden.“

Das Feedback der Wissenschafts- und Medienwelt war groß: Endlich war eine Alternative zur verbrauchenden embryonalen Stammzellforschung gefunden. Doch Yamanaka selbst warnte kurz darauf, dass man auch hier ethische Grenzen beachten müsste. Wer künstlich menschliche Pluripotenz schaffen kann, hat es auch in der Hand, Keimzellen, das sind Ei- und Samenzellen, zu kreieren, die man zur künstlichen Befruchtung verwenden könnte. Auf diese Weise könnte sich jeder Mann selbst vermehren (Frauen nicht, ihnen fehlt das männliche Y-Chromosom). Eine neue Art des Klonens? Yamanakas Sorge wurde schnell vom japanischen Wissenschaftsministerium aufgenommen, das ein Verbot aussandte, Keimzellen und Embryonen aus iPS-Zellen herzustellen.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 14.08.2008)