Künstliches Gewebe

Sicher und gut verträglich

Doch um Einzelfälle handelt es sich inzwischen nicht mehr. Die dänische Stammzellforscherin Agnete Kirkeby von der Universität Kopenhagen hat öffentliche Datenbanken und wissenschaftliche Fachzeitschriften nach Anwendungen der Zellersatztherapie durchforstet. Ende des Jahres 2024 gab es weltweit schon 115 klinische Studien in 19 Staaten. Sie wurden bei 34 verschiedenen Erkrankungen eingesetzt, dafür wurden 83 verschiedene Zelltypen verwendet. Mehr als 1.200 Patienten haben die Bereitschaft erklärt, als Teil einer Studie behandelt zu werden, die häufig den Zusatz „first in human“ im Titel trägt: erstmals beim Menschen angewandt.

Kirkebys Recherche brachte ein wichtiges Ergebnis. „Die Daten zeigen, dass stammzellbasierte Produkte, die einer behördlichen Kontrolle unterliegen, bislang sicher und gut verträglich sind“, schreibt sie. Das gelte selbst bei einer Nachbeobachtungszeit des Patienten von bis zu zehn Jahren nach erfolgter Transplantation.

Diese Bilanz ist keineswegs selbstverständlich. „Spezialisierte Zellen, die aus Stammzellen gezüchtet werden, galten lange Zeit als risikoreich, weil sie unkontrolliert Tumore bilden oder nicht an dem Ort bleiben, an den sie transplantiert wurden“, sagt Biologe und Stammzellforscher Besser. Die Methoden zur Züchtung der begehrten Zellen sind sehr viel sicherer geworden, und auch die Chirurgen haben ihren Beitrag dazu geliefert.

Die ersten Versuche einer Zellersatztherapie mit Stammzellen waren von den heutigen Sicherheitsstandards und ethischen Ansprüchen noch sehr weit entfernt. In den 1980er-Jahren spritzten US-Forscher Gehirnzellen von abgetriebenen Föten in den Schädel ihrer Patienten in der Hoffnung, dass diese das fremde Gehirn reparieren könnten. Zu Beginn dieses Jahrhunderts wurden blutbildende Stammzellen aus dem Rückenmark in andere Organe transplantiert, die dort die Funktion von Herzmuskeln oder Leber übernehmen sollten – ohne Erfolg. Heutzutage werden noch immer dubiose Stammzelltherapien über das Internet oder in teuren Privatkliniken als Jungbrunnen oder Reparaturset angeboten. Heute wissen die Forscher, dass die Therapie am besten gelingt, wenn die implantierten Zellen bereits die fehlende Funktionalität mitbringen und keine Stammzellaktivitäten mehr besitzen.

Ein Pflaster fürs Herz

Die Zellproduktion war jahrelang das Nadelöhr für die Therapieentwickler. Sie benötigen große Mengen in hoher Qualität. Wolfram-Hubertus Zimmermann hat bisher 19 Patienten mit Herzschwäche ein Herzpflaster eingesetzt. Insgesamt hat er dafür etwa 13 Milliarden Herzzellen aus ips-Zellen verarbeitet. „Die Herausforderung war zunächst, die Zellen stabil zu vermehren und sie dann in Herzmuskelzellen und Bindegewebszellen zu entwickeln“, erzählt der Institutsdirektor und wissenschaftliche Leiter der vorklinischen und klinischen Herzpflaster-Studien an der Universitätsmedizin Göttingen. Zimmermanns Team vereinigt die Muskel- und Bindegewebszellen in einem Gel aus Kollagen mit hexagonaler Struktur. Nach drei Monaten ist das Herzpflaster einsatzbereit, es misst vier mal vier Zentimeter und wird in den Herzzentren in Göttingen und auch in Lübeck implantiert.

Zimmermanns Patienten sind Menschen, die als Folge eines Herzinfarkts oder einer anderen Vorerkrankung eine ausgeprägte Herzschwäche entwickelt haben. In Deutschland gibt es etwa zwei Millionen Patienten mit Herzschwäche. Die Pumpleistung des Herzens ist durch abgestorbene Zellen stark reduziert. Bei zehn Prozent der Patienten ist der Schaden so groß, dass sich ihre mittlere Lebenserwartung auf nur noch ein Jahr verkürzt hat. Sie warten oft vergeblich auf ein Spenderherz oder eine künstliche Pumpe zur Unterstützung des erkrankten Organs.

Meistens platzieren die Chirurgen das Pflaster an der linken Herzkammer, die das sauerstoffreiche Blut in den Körperkreislauf pumpt. Der Erfolg zeigt sich nach wenigen Wochen mit einer erhöhten Leistungsfähigkeit. Bei einer Patientin hatten die Ärzte das Glück, die Reparatur direkt begutachten zu können. Die Frau bekam ein Spenderherz, Zimmermanns Team untersuchte das entnommene Herz. „Wir konnten bestätigen, dass Herzmuskelzellen über das Herzpflaster eindeutig auf dem Herzen aufgebracht werden konnten und dass die implantierten Herzmuskelzellen schön organisiert sind“, sagt Zimmermann. „Damit konnten wir erstmalig nachweisen, dass der Aufbau echter Herzmuskulatur am menschlichen Herzen möglich ist.“

Von einer Heilung möchten die Mediziner aber nicht sprechen. „Was klar wurde: Man braucht mehr Herzmuskelgewebe, um das Herz optimal zu stärken“, sagt Zimmermann. Bei einem einfachen Herzinfarkt gehen ein bis zwei Milliarden Zellen zugrunde, die dem Organ zurückgegeben werden müssten. Geht man davon aus, dass nicht alle Herzmuskelzellen den Transfer in den Körper überstehen, werden die Herzpflaster noch deutlich mehr Zellen aufnehmen müssen.

Eine weitere Erkenntnis, die die Herz-Spezialisten aufatmen lässt: Die Operation führt nicht zu Herzrhythmusstörungen. Es war befürchtet worden, die Herzmuskelzellen aus dem Labor könnten den regulären Herzschlag stören. „Diese Gewebe schlagen spontan und verhalten sich in vielen Aspekten so wie jugendliches Herzgewebe“, erzählt Herzpflaster-Entwickler Zimmermann. Allerdings: „Wenn wir Zellen als Implantat auf das Herz aufbringen, gibt es zunächst keinen elektrischen Kontakt zwischen dem Implantat und dem Herzen, und es dauert dann dementsprechend auch Wochen bis Monate, bis die Implantate sich so entwickelt haben, dass sie aktiv die Pumpfunktion des Herzens unterstützen können.“

Zellersatz bei Parkinson

Auch Lorenz Studer hat lange daran gearbeitet, bis er ausreichend Zellen in hoher Qualität für den Einsatz beim Menschen produzieren konnte. Der Entwicklungsbiologe am Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) in New York war unter den Ersten, die Nervenzellen für das Gehirn aus Stammzellen hergestellt haben. 2016 hatte er zehn Milliarden Zellen, genug für klinische Studien. Studers Zellen haben eine besondere Fähigkeit: Sie produzieren Dopamin. Dieser Botenstoff leitet Signale zwischen Nervenzellen weiter. Lässt die Dopaminproduktion nach, entsteht Parkinson. Dem Schweizer Forscher war schnell klar, dass sich eine Zellersatztherapie für Parkinsonpatienten eignen könnte.

Aber Studer hatte keine Vorbilder, an denen er sich orientieren konnte: Bis 2015 gab es weltweit lediglich neun klinische Studien mit Gewebeersatz aus Stammzellen, keine einzige davon im Gehirn. Er arbeitete damals deshalb mit seinen Konkurrenten Marlin Parmar aus Schweden und Jun Takahashi aus Japan zusammen. Jeder der führenden Wissenschaftler plante seine eigene Studie, aber sie tauschten offen ihre Daten aus. Sie wollten bei sensiblen klinischen Studien im Gehirn Fehler vermeiden, sie ethisch akzeptabel und so effizient wie möglich planen.

Im April 2025 haben die Parkinson-Forscher erste Ergebnisse präsentiert. Lorenz Studer hat gemeinsam mit Viviane Tabar seit 2021 zwölf Patienten aus Kanada und den USA behandelt. Sie bekamen die Nervenzellen mit Spritzen durch zwei kleine Löcher in den Schädelknochen verabreicht. Insgesamt deponierten die Mediziner in jeder Gehirnhälfte neun Portionen in ein vorher bestimmtes Areal. Takahashi und Kollegen in Japan behandelten seit 2018 sieben Menschen. Die Versuchspersonen wurden mehr als zwei Jahre überwacht. Durch bildgebende Verfahren konnten die Forscher nachweisen, dass die Zellen ihre Aufgabe erfüllen: Sie produzieren Dopamin.

Wie stark die Patienten von den Ersatzzellen profitieren, lässt sich noch nicht sicher sagen. Einige von Studers Patienten schnitten in einer typischen Testskala für den Verlauf von Parkinson teilweise um 20 Punkte besser ab als vor der Therapie, bei anderen waren die Effekte geringer. Auch die japanischen Forscher berichten von Fortschritten. Dabei könnte es einen Zusammenhang mit der Dosis geben: Je mehr Zellen, desto besser. Studer injizierte bei einer Gruppe 900.000 Zellen pro Patient und Gehirnhälfte, bei der anderen 2,7 Millionen. Takahashi entschied sich zur Gabe von insgesamt 4,8 Millionen oder 9,6 Millionen Zellen.

Beide Forschergruppen wollen noch in diesem Jahr mit einer größeren Patientengruppe und größeren Zellmengen weitermachen. Am MSK in New York sollen 102 Patienten Teil der nächsten Studie werden. Takahashi will nun Patienten mit Ausfallserscheinungen nach einem Schlaganfall behandeln. Die Ergebnisse haben andere Teams ermutigt, eigene klinische Studien für Epilepsie und Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) zu starten.

Massenproduktion von Zellen

Robert Zweigerdt von der Hannover Medical School (MHH) erforscht seit Jahren die Bedingungen, unter denen funktionale Zellen heranwachsen, die sich für eine Zellersatztherapie eignen. „Bei der Massenproduktion funktionaler Zellen sind wir und viele andere Arbeitsgruppen in den letzten zehn Jahren wesentlich weitergekommen“, sagt er. Die Stammzellforscher haben dabei ihre Techniken mit dem Wissen aus der klassischen Biotechnologie im Bereich Zellzucht bei Säugetieren kombiniert. Die begehrten Zellen wachsen oft in Rührkesselbioreaktoren mit einem Volumen von nur 500 Millilitern oder weniger heran. Die Forscher behalten ständig den pH-Wert, die Sauerstoffkonzentration, die Zufuhr des Nährstoffs Glucose und die Größe der sich bildenden Zellaggregate im Blick. Sie konnten so die Menge der Zellen, die binnen einer Woche entsteht, verzehnfachen.

„Dieser Ansatz für eine Massenproduktion von aus Stammzellen abgeleiteten funktionalen Zellen in einer Suspensionskultur ist universell anwendbar“, sagt Zweigerdt. Es gebe für die einzelnen Zelltypen allerdings große Unterschiede bezüglich der Effizienz, der Dauer des Verfahrens und vor allem bei den Kosten. Ein entscheidender Kostenfaktor ist das Medium im Zellreaktor. Die passende Umgebung aus Nährstoffen und Wachstumsfaktoren benötigt oft noch Zusätze, die teuer oder aufwendig in Organismen oder Proteinfabriken der Biotechnologie herzustellen sind. Für Herzzellen hat er eine Lösung gefunden: „Wir benutzen inzwischen komplett synthetische Zellkulturmedien, die kostengünstig und sicher sind.“ Die milliardenfache Produktion von Herzmuskelzellen erfolgt inzwischen in Zwei-Liter-Reaktoren.

Aber ein Problem müssen die Therapeuten noch lösen. Die fremden Zellen werden nämlich durch das Immunsystem des Körpers abgestoßen, der sie empfängt. Derzeit müssen die Patienten regelmäßig Medikamente nehmen, die das Immunsystem nach unten regulieren. Das ist nicht ungefährlich, denn dadurch werden sie anfälliger für andere Krankheiten.

Je besser die Forscher die Abstoßungsreaktionen in den Griff bekommen, desto selbstverständlicher könnte der Zellersatz werden. Japan hat sein Gesundheitssystem bereits darauf ausgerichtet. Der Nobelpreis für Yamanaka war für die Regierung der Zündfunke für ein Zehn-Jahres-Programm mit einer Milliarde Euro Förderung. Yamanaka leitete zwölf Jahre das Kyoto-Center für die Erforschung und Anwendung von ips-Zelltherapien (CIRA), das auch die serienreife Produktion von Zellen vorantreibt. „Als mein Team 2007 die ersten ips-Zellen herstellen konnte, habe ich damit gerechnet, dass Jahrzehnte bis zur Anwendung vergehen würden“, sagt Yamanaka. Er sei stolz, dass in Japan Masayo Takahashi (die Frau des Parkinson-Forschers) 2014 die erste Therapie für Patienten mit Sehstörungen durch eine Erkrankung der Netzhaut begonnen habe.

Doch auch in Japan wachsen die Bäume nicht in den Himmel. Bei der Anzahl der Studien (17) ist das Land inzwischen von China (21) und den USA (37) überholt worden. Doch in keinem anderen Land der Welt werden so systematisch Zellen für unterschiedliche Krankheitsbilder gezüchtet. Masayo Takahashi lässt ihre Zellen inzwischen von einem Roboter produzieren, der in vier Monaten genug Material für 100 Patienten herstellt. Viele Japaner seien aber nach einer ersten Euphorie skeptischer geworden, hat sie beobachtet. „Wir müssen nun zeigen, dass unsere Zellersatztherapien funktionieren“, sagt die Augenärztin.

Die Branche boomt. Die Aussicht auf eine bessere Therapie von Volkskrankheiten in Zukunft hat vielen neuen Start-ups Geld in die Kasse gespült, sodass junge Forscher als Unternehmensgründer ihr Know-how am Patienten testen können. Auch Menschen mit Diabetes-Typ1 könnten profitieren. Bei ihnen sind die insulinproduzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse zerstört, sie müssen lebenslang Insulin spritzen. Beta-Zellen können im Stammzelllabor produziert werden, lassen sich in die Leber oder die Bauchspeicheldrüse transplantieren und nehmen dort ihre Arbeit auf. Aus China wurden schon erste Erfolge gemeldet. In den USA konnten zehn von zwölf auf diesem Weg behandelten Patienten für mindestens ein Jahr auf Insulinspritzen verzichten, heißt es in einer Studie, die im Juni 2025 veröffentlicht wurde. Doch wenn die Ärzte abwägen, ob die Insulingabe oder der Zwang zur regelmäßigen Einnahme von Immunsuppressiva das geringere Übel ist, schlägt das Pendel derzeit noch in Richtung der etablierten Therapie aus. ■