SWR2 Wissen: Aula Heilen mit Wunderzellen

Fortschritte der Stammzellenforschung

Sendung vom Sonntag, 20.11.2011 | 8.30 Uhr | SWR2

Der US-Schauspieler Reeve stürzte vom Pferd und brach sich zwei Nackenwirbel. Danach war er querschnittsgelähmt und musste neun Jahre im Rollstuhl verbringen. Bis zuletzt hatte er Hoffnung, dass ihm die Stammzellenforschung helfen könnte, gab es doch Berichte über Experimente, bei denen es Forschern gelungen war, Lähmungen bei Ratten zu korrigieren. Worauf beruht denn nun die große Hoffnung, die viele Menschen und auch Wissenschaftler in die Stammzellen setzen?

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Neues aus der Stammzellforschung

Hoffnung Stammzellentherapie

Da man gegen degenerative Prozesse im Körper mit Medikamenten nichts ausrichten kann, wird große Hoffnung in die Therapie mit Stammzellen gesetzt. Mit Hilfe der Stammzellentherapie könnte man zum Beispiel einem Herzinfarkt-Patienten Herzmuskelzellen einspritzen. Sein Herz würde wieder kräftiger schlagen und er hätte keine Folgeschäden. Das ist die große Vision in der regenerativen Medizin und deshalb wollen Forscher und Ärzte auf diesem Gebiet unbedingt voran kommen.

Ethische Bedenken

Embryonale Stammzellen werden aus der sehr frühen Vorstufe des Embryos, der sogenannten Blastozyste, die sich noch nicht in die Gebärmutter eingenistet hat, gewonnen. Deshalb hat die Stammzellenforschung ethische Bedenken hervorgebracht.

Professor Jürgen Hescheler: "Vor kurzem hatte der Europäische Gerichtshof darüber zu urteilen, ob auf embryonale Stammzellen bzw. auf Verfahren, die mit embryonalen Stammzellen entwickelt wurden, ein Patent angemeldet werden kann, um sie später zum Beispiel über Biotech-Firmen oder über größere Industriefirmen zu nutzen. Das EuGH entschied, nein, das geht nicht, der Schutz der embryonalen Stammzellen hat oberste Priorität.".

Probleme der Stammzellenforschung vor ca. 5 Jahren

Aus embryonalen Stammzellen gewonnenes Gewebe wird vom Immunsystem des Patienten, dem es eingepflanzt wird, sofort abgestoßen, weil die embryonale Stammzelle mit Sicherheit nicht so eng verwandt ist mit dem Patienten.

Eine Lösungsmöglichkeit sind adulte Stammzellen, die auch schon lange in der klinischen Anwendung sind. Doch man stellte fest, dass diese Stammzellen nicht das erhoffte regenerative Potential haben. Das bedeutet, dass zum Beispiel Knochenmarkzellen, die in das Herz eines Infarktpatienten eingepflanzt werden, sich nicht zu Herzmuskelzellen entwickeln. Es war deshalb dringend notwendig, neue Auswege zu finden.

Bedingungen dafür:

• Es werden pluripotente Zellen vom Patienten selbst benötigt, sie müssen identisch mit dem Patienten sein.

• Man muss diese Zellen so entwickeln können, um das Gewebe zu haben, eine Vorstufe vom Herzgewebe zum Beispiel.

• Man muss sie hochaufreinigen, um mögliche Verunreinigungen zu eliminieren, die zu einem Tumor führen könnten.

• Sie müssen in so großer Zahl gezüchtet werden können, dass man Milliarden Zellen in das Infarktgebiet hineinbringen kann.

Die Lösung

Der Ausweg sind die iPS-Zellen, die induziert pluripotenten Stammzellen. "Das heißt, wir gewinnen pluripotente Stammzellen nicht mehr aus der Blastozyste, aus dem frühen Vorembryo, sondern – und das ist das Neue – wir haben einen sehr guten Weg gefunden, um adulte Zellen von unserem eigenen Körper wieder so zu reprogrammieren, dass sie genau die notwendigen Eigenschaften für eine regenerative Therapie haben: Sie sind pluripotent, sie lassen sich in jede beliebige Körperzelle differenzieren, sie lassen sich selektionieren, wir können eine Linienselektion machen, wir können z.B. reine Herzzellen daraus machen, und wir können sie in großer Zahl entwickeln." (Hescheler)

Der Durchbruch

Man hat versucht herauszufinden, ob die Reprogrammierung, also die Verjüngung der Zelle, künstlich durch einen biochemischen Vorgang erzeugt werden kann.

In den Jahren 2006/2007 hat der Japaner Shin’ya Yamanaka danach geforscht, welche Pluripotenz-Faktoren in der embryonalen Stammzelle überhaupt vorhanden sind. Er hat ganz systematisch alle Faktoren in verschiedenen Kombinationen in die Körperzelle, also in die Hautzelle, hereingebracht und hat geschaut, was passiert. Er ist zu der genialen Feststellung gekommen, dass eine Kombination von vier Pluripotenz-Faktoren ausreichend ist, um eine Zelle zu reprogrammieren. Diese vier Faktoren sind: das Okt4, das C-Myk, Sox2 und das Klf4. Diese Abkürzungen stehen für bestimmte kleine Eiweißstoffe, die in der Zelle für regulatorische Prozesse verantwortlich sind.

Man kann also beliebige Zellen über diese Kombination von Faktoren dazu bringen, dass sie sich in diesen ganz frühen embryonalen Zustand zurückversetzen und dadurch reprogrammiert werden. Und das sind die sogenannten iPS-Zellen.

Wie könnte eine Stammzelltherapie in Zukunft aussehen?

Professor Jürgen Hescheler arbeitet in seinem Kölner Labor an Herzmuskelzellen. Zur Stammzellentherapie der Zukunft gibt er folgendes Beispiel: "Wenn ein Patient in die Klinik kommt, dann könnte man ihm eine kleine Hautbiopsie entnehmen, das ist eine sehr kleine Wunde. Man könnte aber auch einfach eine Haarwurzel nehmen, also ein Haar ausreißen, und würde dann diese Zelle, die man dem körpereigenen Gewebe entnommen hat, in eine Zellkultur bringen. Eine Zellkultur ist eine Plastikschale, die mit einem Medium, einer Kulturflüssigkeit gefüllt ist. Das muss natürlich alles steril sein. Unter diesen sterilen Bedingungen werden die Bindegewebszellen auswachsen.".

Wie geht man nun praktisch bei der Reprogrammierung vor?

Man hat diese vier Faktoren in verschiedenen Formen. Man kann sie entweder über einen Virus in die Zelle hereinbringen, man kann aber auch die Eiweißstoffe selbst durch ein Verfahren direkt in diese Fibroblasten hereinbringen. Man stellt sich das jetzt so vor, dass diese Faktoren in der Zelle bestimmte Signalwege umändern, bestimmte neue Aktivitäten in der Zelle hervorrufen und dass diese Aktivitäten letzten Endes dazu führen, dass die Zelle ihre eigene Epigenetik abbaut.Wir gehen davon aus, dass es bestimmt noch fünf bis zehn Jahre dauert, bis diese Strategien sich in der Klinik einsetzen lassen.

Warum dauert das so lange?

"Wir können im Prinzip zeigen, dass es funktioniert. Aber vor der Anwendung am Patient müssen die Labortechniken umgestellt werden, man muss die Methoden so modifizieren, dass sie in Reinräumen hergestellt werden können, dass sie reproduzierbar hergestellt werden können, so dass gewonnene Patientenzellen allen Maßstäben einer klinischen Therapie entsprechen. Man muss eine Zulassung bekommen, um eine klinische Studie durchzuführen. Auch das ist in Deutschland ein sehr zeitaufwändiger Prozess. Sicherheit hat die oberste Priorität, wenn man eine klinische Studie durchführen möchte. Beispielsweise die virale Induktion der iPS-Zellen wird wahrscheinlich nicht möglich sein, weil durch Viren neue Informationen eingebracht werden, die wir in unserem Körper nicht haben wollen, so dass neue Reprogrammierungsverfahren speziell für die Anwendung am Menschen entwickelt werden müssen." (Hescheler)

* Zum Autor:

Jürgen Hescheler, Direktor des Instituts für Neurophysiologie der Universität zu Köln, hat 1985 in Homburg/Saar in Medizin promoviert. Als erster Forscher hatte er physiologische Messungen an tierischen embryonalen Stammzellen durchgeführt sowie zahlreiche bedeutende Erkenntnisse auch zu klinisch relevanten Aspekten der Stammzellforschung erarbeitet. Als zweiter Wissenschaftler in Deutschland darf Hescheler humane embryonale Stammzellen importieren. Sein langfristiges Ziel ist es, Stammzellen in Herzmuskelzellen zu verwandeln, um in Zukunft Herzinfarktpatienten zu helfen. Er ist Präsident der Deutschen Gesellschaft für Stammzellforschung.