Die Stammzell-Debatte ist ruhiger geworden. Weltweit haben viele Länder den Forschungszweig gesetzlich geregelt. Für die Wissenschaftler ist eine Zeit der Einkehr gekommen – verordnet von Stammzell-Forschern der ersten Stunde. Ihnen platzte der Kragen angesichts schlecht gemachter und zu früh veröffentlichter Experimente.
Embryonale Stammzellen können sich zu allen Arten von Körperzellen entwickeln. Möglicherweise sind sie die Therapie der Zukunft für Menschen mit Zell-Versagen wie bei Parkinson oder Diabetes. In den letzten zwei Jahren behaupten aber immer mehr Forscher, dass Stammzellen, die von Erwachsenen stammen, genauso leistungsfähig seien. Stammzell-Pioniere wie Irving Weissman begannen die Arbeiten sorgfältig zu wiederholen. Die Experimente scheiterten: Also waren die laut postulierten Ergebnisse falsch. Jetzt fordern Forscher rigorose Kriterien für Stammzell-Untersuchungen. „Wir brauchen stichhaltige Experimente” , sagte etwa US-Stammzell-Forscher Stuart Orkin. Welche Erkenntnisse aber bleiben? Was können Mediziner mit Stammzellen heilen? Welche Probleme gilt es zu lösen? Was können adulte Stammzellen wirklich? bild der wissenschaft beleuchtet den Stand der Forschung.
Können Stammzellen Organe heilen oder neu bilden?
Den bislang größten Erfolg feierten Stammzell-Mediziner vor 40 Jahren. Ärzte lernten damals, das „Organ” Blut in Krebspatienten komplett neu aus Knochenmark zu bilden. Heute verwenden sie dazu meist nur die im Knochenmark enthaltenen Stammzellen. Der Lebenssaft macht es den Wissenschaftlern und Ärzten besonders leicht: Seine Zellen müssen sich zu keiner räumlichen Struktur zusammenlagern, um zu funktionieren. Mittlerweile können Ärzte auch Teile von zweidimensionalen Organen in der Kulturschale züchten. Aus Hautproben modellieren sie mehrschichtige Lappen, etwa für Verbrennungsopfer. Auch Hornhäute und Blutgefäße wachsen gut außerhalb des Körpers. Mediziner von der Berliner Charité nutzen diese Möglichkeit schon seit Jahren für die Konstruktion von Bypässen. Die Experten des so genannten Tissue Engineering drängen nun in die dritte Dimension. Sie lassen Zellen an Gerüsten wachsen, die sie entweder aus Kunststoffen geformt haben oder die von Tieren stammen. Gut gelungen ist dies bereits in Tierversuchen und in ersten klinischen Studien mit Herzklappen, Knorpel- und Knochengewebe. In Zukunft wollen Wissenschaftler mit Wachstumsfaktoren an den Gerüsten die Organe noch gezielter züchten. So ließe sich möglicherweise auch eines der bisherigen Hauptprobleme lösen: die Versorgung der neu gebildeten Gewebe mit Blut.
Doch nicht nur die räumliche Struktur bereitet den Organ-Designern Sorge. Sie müssen die Stammzellen auch so stimulieren, dass aus ihnen die für das Organ typischen Zell-Typen entstehen – und das ist oft kompliziert. Nur die Organe Blut und Haut erwiesen sich hierbei als einfach: Beide bilden sich im Körper ständig neu. Forscher können deshalb auf Stammzellen zurückgreifen, die von selbst das Richtige tun. Herzmuskel- oder Hirngewebe dagegen regenerieren sich kaum. Das Herz besitzt möglicherweise nicht einmal eigene Stammzellen. Dennoch hoffen Mediziner auch bei diesen Organen auf Selbstheilungskräfte und spritzen direkt ins kranke Gewebe Stammzellen, die sich noch zu vielen verschiedenen Zelltypen entwickeln können, oder Vorläuferzellen, die bereits eine Entwicklungsrichtung eingeschlagen haben. Das Organ soll die Entwicklung der unreifen Zellen in die gewünschte Richtung lenken. In der Kulturschale klappt das: Der Frankfurter Mediziner Andreas Zeiher etwa gab Vorläuferzellen zu Herzmuskelzellen und wandelte sie so in pochendes Gewebe um. Ob dieser Prozess allerdings auch in Herzen von Menschen stattfindet, ist umstritten.
Organ-Designer versuchen deshalb, die gewünschten Zellen außerhalb des Körpers zu züchten. So wandelten amerikanische Forscher kürzlich in Kultur gehaltene Hirnstammzellen zu Dopamin produzierenden Neuronen um, die Parkinson-Patienten helfen könnten, denen dieser Botenstoff fehlt. Doch ihre Ergebnisse sind nicht befriedigend: Nur jede vierte Zelle begann Dopamin auszuschütten. Reine Zellkulturen, in denen nur ein Zelltyp gebildet wird, gelingen auch in anderen Versuchen nur selten. Stammzellen können aber noch mehr, als nur neue Zelltypen bilden. Für folgende Zwecke wollen die Forscher sie ebenfalls einsetzen:
• Heiler: Stammzellen haben ein Gespür für Wunden. Sie wandern in der Haut genauso wie im Gehirn oder im Herzen zu Gewebeschäden hin – angelockt durch biochemische „Hilferufe”. Dort „pflegen” sie die geschwächten Zellen, wie Forscher in vielen Tierexperimenten entdeckten. Die Stammzellen stärken die Zellen mit Wachstumsfaktoren und halten sie vom Selbstmord ab.
• Fähren: In Zukunft wollen Forscher Gene von heilenden Substanzen in Stammzellen einbauen. Die Zellen sollen die Wirkstoffe direkt ins kranke Gewebe tragen.
• Jäger: Stammzellen können Krebszel-len jagen. Als amerikanische Forscher Stammzellen in Hirntumore von Mäusen spritzten, folgten diese den Krebszellen, die sich vom Haupttumor absetzten und Metastasen bildeten. Die Forscher nutzten die detektivischen Fähigkeiten und pflanzten den Stammzellen gentechnisch eine Alarmsubstanz ein. Sie rief das Immunsystem auf den Plan und leitete die Vernichtung der Krebszellen ein. Die so behandelten Mäuse lebten deutlich länger als Vergleichstiere.
• Schützer: Stammzellen können die Abstoßung fremder Organe verhindern. Dazu entnehmen Ärzte dem Spender neben dem Organ auch spezielle Blutstammzellen und geben diese ins Knochenmark des Empfängers. Im Tierexperiment funktioniert dies bereits sehr gut. Auch menschliche Patienten, die vom gleichen Spender Knochenmark und eine Niere oder ein Stück Leber bekamen, brauchen meist keine oder weniger Medikamente, um die Immunabwehr ruhig zu halten. Fred Fändrich von der Universität Kiel möchte das Verfahren nun systematisch bei Nieren-Transplantationen testen. Auch in den USA laufen entsprechende klinische Studien.
• Schlichter: Stammzellen können Autoimmunerkrankungen stoppen. Freiburger Ärzten ist das bei einem Patienten mit der Darmentzündung „Morbus Crohn” gelungen. Dessen Immunsystem hatte bereits große Teile des Darmes zerstört. Die Mediziner entnahmen dem Patienten Blutstammzellen und vernichteten das übrige Immunsystem. Mit den Stammzellen bildeten sie dann eine neue Immunabwehr, die den Darm nicht mehr angriff. Zu den wichtigsten Forschungsgebieten gehören neben Blut- und Hautzellen das Gehirn, das Herz und die Bauchspeicheldrüse.
Gehirn
Michel Lévesque verkündete im April 2002 die Weltpremiere auf einem Hirnchirurgen-Kongress in den USA: Er hatte erstmals einen Parkinson-Patienten mit körpereigenen Hirnstammzellen geheilt. Der Forscher vom Cedars-Sinai Medical Center in Los Angeles hatte einem 57-jährigen Patienten eine kleine Probe aus der Hirnrinde entnommen, daraus Stammzellen gewonnen und diese über Monate gezüchtet, bis aus ihnen mehrere Millionen Zellen geworden waren. Jede fünfte Zelle begann mit der Zeit Dopamin auszuschütten – jene Substanz, die Parkinson-Kranken fehlt. Im März 1999 spritzte Lévesque die Zellen ins Gehirn des ehemaligen Kampfjet-Piloten. Dessen Zittern ließ nach. Die Symptome sind heute um 80 Prozent geringer als vor der Operation. Nachdem das Verfahren sich als sicher und erfolgreich erwiesen hat, wollen es die Hirnchirurgen nun bei weiteren Patienten anwenden.
Mit diesem Behandlungsversuch hat Lévesque den ersten Schritt aus der – von Forschern spitzzüngig so genannten – fötalen Phase getan. Bislang verwenden Hirnchirurgen für solche Operationen Zellen aus dem Mittelhirn von Föten. Hunderte von Parkinson-Patienten sind so behandelt worden. Dabei liegt bis heute kein schlüssiger Beweis vor, dass die Therapie wirkt. Im Gegenteil: Die unreifen Zellen haben bei einigen Patienten heftige Zuckungen ausgelöst.
Dennoch sollen nun auch Patienten mit Chorea-Huntington fötales Gewebe erhalten, um sie von ihren Bewegungsstörungen zu befreien. Marc Peschanski vom französischen Gesundheitsforschungsinstitut Inserm möchte 60 Patienten behandeln, nachdem die Zellkur in einer Vorstudie bei drei von fünf Kranken den „Veitstanz” gemildert hatte. Doch sein Team suche nach Alternativen zu den fötalen Zellen, sagt er. Der Grund: Föten sind nur über Abtreibungen zu bekommen. Außerdem lassen sich deren Zellen kaum in Kultur halten.
Auch Hans-Georg Kuhn von der Universität Regensburg ist überzeugt, dass fötale Zellen niemals breit angewendet werden. Er setzt auf Hirnstammzellen von Erwachsenen. „Da ist in der Forschung aber noch sehr viel zu tun”, sagt Kuhn. „Wir wissen nicht mal, wie Hirnstammzellen aussehen.” Auch lassen sich die Zellen kaum in Kultur vermehren und in Richtung des gewünschten Zelltyps leiten.
Bei der Zelldifferenzierung ist amerikanischen Forschern nun ein Durchbruch gelungen. Bislang bildeten eingespritzte Hirnstammzellen in den meisten Regionen des Gehirns vorwiegend Stützzellen, aber nur wenige Nervenzellen. Ein Team von der Universität Texas badete die Hirnstammzellen vor der Transplantation deshalb in einem Cocktail aus verschiedenen Wachstumsfaktoren. Der erhoffte Effekt trat ein: Die so getrimmten Stammzellen entwickelten sich im Gehirn von Ratten vor allem zu Neuronen.
Manchmal müssen Hirnstammzellen aber defekte Nervenzellen gar nicht ersetzen, um zu helfen. Sie können geschwächte Neuronen auch mit schützenden Substanzen aufpäppeln, fanden Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich in Versuchen an Mäusen. Wie stark diese Effekte sind, zeigte der Detroiter Forscher Michael Chopp. Er spritzte Ratten nach einem Hirnschlag Bindegewebs-Stammzellen. Die Tiere erholten sich deutlich besser als unbehandelte Artgenossen. Dabei hatten sich die Stammzellen nicht in Neuronen umgewandelt: Wie „kleine Fabriken” hätten sie aber Substanzen produziert, die das Wachstum fördern und den Zelltod verhindern, und so die Selbstheilungskräfte des Gehirns gefördert, sagt Chopp. Auch dem ehemaligen Kampfjet-Piloten könnten ähnliche Mechanismen geholfen haben. Bei seiner Heilung stehen die Ärzte um Lévesque allerdings vor einem Rätsel: Nach der Operation nahm der Dopamin-Pegel im Gehirn wie erwartet zu, sackte aber nach einem Jahr auf das Niveau vor der Behandlung ab. Doch das Zittern kam nicht wieder. Wie die Zellen den Parkinson-Patienten geheilt haben, wissen die Forscher nicht.
Herz
„Man sieht die Heilung mit bloßem Auge”, berichtet Andreas Zeiher. Der Frankfurter Kardiologe hat über 50 Herzinfarkt-Patienten mit körpereigenen Endothel-Vorläuferzellen und Knochenmark behandelt. Die Zellen leitete er direkt in die Blutgefäße der Infarktregion. Die Frischkur stärkte die Herzen messbar. Und befürchtete Nebenwirkungen blieben aus: Keine Entzündungen, keine Narben und keine Rhythmusstörungen, die es bei der Gabe von Muskelstammzellen geben kann. In einer groß angelegten Untersuchung an 22 Zentren in ganz Europa möchte Zeiher nun den Nutzen der Zellkur überprüfen.
„Mit der Therapie können wir totes Herzgewebe erstmals wieder neu beleben”, sagt Zeiher. Vollständig reparieren lässt sich das Herz allerdings nicht. Gerade mal sieben Prozent pumpen behandelte Organe stärker als nicht-therapierte. Wie die Zellen das hinkriegen, kann der Kardiologe aus Tierversuchen nur erahnen: Vermutlich seien sie ins tote Gewebe gewandert, hätten dort neue Blutgefäße gebildet und Unmengen an Wachstumsfaktoren freigesetzt. Ob sich die Zellen allerdings in pochendes Herzgewebe umgewandelt haben, ist nicht sicher.
Im Tierversuch scheint der New Yorker Biologe Donald Orlic schon weiter zu sein. Er spritzte Mäusen Blutstammzellen ins kranke Herz und fand danach neues Muskelgewebe. Mittlerweile heilt er Infarkt-Mäuse gar ohne chirurgischen Eingriff: Die kranken Tiere bekamen nur noch den Wachstumsfaktor G-CSF gespritzt. Dadurch treten tausendmal mehr Stammzellen als üblich aus dem Knochenmark ins Blut über und heilen das Herz ebenso gut wie eine Stammzellen-Spritze.
Den Resultaten traut der Kölner Jürgen Hescheler nicht. Seine Gruppe habe in keinem einzigen Experiment die Wandlung einer Blutstammzelle – also einer adulten Stammzelle – in Herzmuskelgewebe beobachtet, sagt er. Der Forscher setzt deshalb auf embryonale Stammzellen. Bereits Anfang der neunziger Jahre wandelte er zusammen mit Anna Wobus weltweit als Erster embryonale Stammzellen in Herzzellen um. Mäuse hat er damit schon behandelt. Kürzlich gelang es seinem Team, Herzmuskelzellen in großen Mengen und hoch rein zu züchten – zwei wichtige Voraussetzungen für eine Therapie von Patienten. Die Techniken möchte er nun an embryonalen Stammzellen vom Menschen testen.
Solche Zellkuren könnten Patienten mit akutem Herzinfarkt helfen. Bei chronischen oder angeborenen Herzdefekten aber fehlen die „Hilferufe” des beschädigten Gewebes, um die Stammzellen zu leiten. Forscher versuchen deshalb, ganze Ersatzteile in der Kulturschale zu züchten. Einen Erfolg konnten Mediziner der Berliner Charité verbuchen: Sie formten aus Endothel-Vorläuferzellen von Patienten Herzgefäße und fügten diese als Bypässe ein. Die Gefäße funktionieren selbst nach sechs Jahren noch. Auch die ersten nach diesem Prinzip hergestellten Herzklappen haben Ärzte schon verwendet. Sogar biologische Herzschrittmacher und ganze Streifen von Herzmuskelgewebe pochen bereits in Kulturschalen. Die Herstellung eines Ersatzherzens sei dagegen noch nicht absehbar, meinen die Rostocker Kardiologen Christof Stamm und Gustav Steinhoff.
Bauchspeicheldrüse
Der Organschaden bei Diabetikern ist klein. Gerade mal drei Milliliter Gewebe fehlen ihnen. Es sind die so genannten Betazellen, die Insulin ausschütten und den Zuckerstoffwechsel steuern. Deren Herstellung müsste für Stammzell-Forscher ein Gesellenstück sein, möchte man meinen. Tatsächlich haben Forscher schon aus verschiedensten Zelltypen Insulin-Produzenten gezüchtet – aus Pankreas-, Leber-, Darm- und embryonalen Stammzellen von Maus und Mensch. Oft lagerten sich diese sogar spontan zu „Inseln” zusammen, genau wie in der Bauchspeicheldrüse. Vor kurzem gelang es dem Team um Anna Wobus vom Forschungszentrum IPK-Gatersleben, Mäuse von Diabetes zu heilen. Man hatte embryonalen Stammzellen einen neuen Genschalter „eingepflanzt” und sie in Kulturschalen zur Weiterentwicklung angeregt. Die neu entstandenen Zellen ähnelten den Beta-Inseln nicht nur, sondern reagierten auch richtig auf einen erhöhten Blutzuckerspiegel, indem sie Insulin produzierten.
Um die begehrten Zellen für die Transplantation in Menschen zu züchten, gründeten sechs EU-Länder – darunter Deutschland – und Israel Anfang 2002 das Zentrum für Beta-Zell-Therapie. Dennoch rechnet der Direktor vom Europäischen Zentrum für Beta-Zell-Therapie, Daniel Pipeleers, erst in rund zehn Jahren mit Versuchen an Patienten. Die Stammzellen könnten zwar die Versorgung mit Beta-Zellen sicherstellen, aber nicht zwei andere Probleme lösen, die die Mediziner aus Transplantationsversuchen kennen. Der Defekt, der Diabetes hervorgerufen hat, zerstört auch die neuen Zellen. Obendrein werden sie vom Immunsystem des Patienten abgestoßen.
Brauchen Stammzell-mediziner Embryos?
Embryonale Stammzellen können Forscher nur aus Blastozysten, vier bis sieben Tage alten Embryos, gewinnen. Die begehrten Zellen ruhen im Inneren der Zellkugeln. Aus ihnen können alle Gewebe des zukünftigen Menschen entstehen. Können Stammzell-Mediziner auf die- ses Potenzial verzichten? Sind adulte Stammzellen von Erwachsenen eine Alternative? Braucht man frische embryonale Stammzellen, oder reichen die alten Kulturen aus, mit denen in Deutschland geforscht werden darf?
Brauchen die Forscher neue embryonale Stammzellen?
Im August 2002 horchten Stammzell-Forscher auf. Einem Team aus Singapur war es gelungen, embryonale Stammzellen auf „ Fütterzellen” vom Menschen zu züchten. Solche Fütterzellen halten die Stammzellen im unreifen Stadium. Bislang klappte das aber nur mit Fütter-Zellen von Mäusen, was die damit gewonnenen Stammzellen von einer zukünftigen klinischen Anwendung ausschloss: Mausviren könnten in Kulturen auf die menschlichen Zellen übergehen. Eine zu große Gefahr für Patienten – darin sind sich Forscher und Ärzte einig. Einen Monat vor dieser Entdeckung trat in Deutschland das Stammzell- Gesetz in Kraft. Demnach dürfen die Forscher hier nur mit embryonalen Stammzell-Kulturen arbeiten, die vor dem 1. Januar 2002 im Ausland gestartet wurden. Die erste kliniktaugliche Kultur aus Singapur fällt nicht darunter. Erhältlich sind lediglich ein gutes Dutzend mit Maus-Fütterzellen hergestellte Stammzell- Kulturen – so genannte Linien – aus den USA, Schweden, Israel und Süd- korea. Wenn sich die Zellen aber nicht für eine Therapie eignen, lässt sich damit sinnvoll forschen?
„Ja”, meint Jürgen Hescheler von der Universität Köln. Er soll im Frühjahr 2003 zusammen mit der Bonner Gruppe um Oliver Brüstle die Erlaubnis erhalten, menschliche embryonale Stammzellen einzuführen. Diese seien theoretisch noch zig Jahrzehnte für die Forschung brauchbar, sagt Hescheler. Bei ihren Experimenten mit Mäusen würden Forscher auch mit einer bald 20-jährigen embryonalen Stammzell-Linie arbeiten. Dennoch muss der deutsche Gesetzgeber seiner Meinung nach bereits in drei oder vier Jahren die Gesetze überarbeiten: „Wenn sich die Wissenschaft weltweit auf eine kliniktaugliche Stammzell-Linie einigt, werden unsere Forschungsergebnisse nicht mehr akzeptiert”, befürchtet der Forscher.
Tatsächlich tüfteln Stammzell-Halter an solchen Linien. Die US-Firma Geron lässt ihre embryonalen Stammzellen bereits ohne Fütterzellen wachsen – eine wichtige Voraussetzung für die Großproduktion. Die Virengefahr aber bleibt: Die Geron-Forscher füttern ihre Zellen mit Nährlösungen, die Wachstumsfaktoren aus Mäusen enthalten. In Schweden wollen Forscher – wie in Singapur – ganz auf Tierzusätze verzichten. „Wir sind nahe dran”, bestätigt Outi Hovatta vom Karolinska-Institut.
Bei anderen Problemen sind Forscher ziemlich ratlos. Hovatta: „ Einige Stammzell-Linien lassen sich scheinbar unendlich weiter vermehren. Andere stellen ihr Wachstum nach einigen Jahren plötzlich ein.” Ob dies eintreten wird, kann niemand vorhersehen.
Zudem ist unklar, ob die Gene von embryonalen Stammzellen normal arbeiten. Bei Mäusen tun sie das nicht: Gene, bei denen normalerweise nur eine Version aktiv ist, arbeiten in embryonalen Stammzellen von Mäusen plötzlich im Doppelpack, fand der US-Forscher Rudolf Jaenisch. Solche „Imprinting-Fehler” entdeckte ein anderes Forschungsteam dagegen nicht in menschlichen embryonalen Keimzellen. Um beim Menschen aber Entwarnung zu geben, wissen Forscher noch zu wenig.
Eines ist bei all den Problemen sicher: Züchter von Stammzellen werden ihre Kultivierungstechniken weiter verbessern. Deutsche Forscher können da nicht lange abseits stehen. Schon jetzt gäbe es Schwierigkeiten, sagt Hescheler. Noch vor zwei Jahren hätten ausländische Forscher ihm ihre embryonalen Stammzellen angetragen, weil Deutschland auf dem Gebiet mit führend war. „Heute sind wir im Rückstand und müssen uns anbiedern”, sagt der Forscher. Man habe eben viel zu spät mit der Diskussion begonnen. Den Fehler sollte Deutschland bei der Anpassung des Stammzell-Gesetzes nicht wiederholen.
Sind adulte Stammzellen die Besseren Heiler?
Die Forschungsergebnisse folgten 2002 Schlag auf Schlag. Das anscheinend so große Potenzial adulter Stammzellen, sich in unterschiedlichste Zelltypen zu entwickeln, schwand: Hirnstammzellen bilden kein Blut. Knochenmark kann sich nicht in Hirngewebe wandeln – auch in verletzten Hirnen nicht. Aus Blutstammzellen erwächst nichts außer Blut, womit auch der größte Hoffnungsträger gefallen war. Zuvor glaubten Forscher aus Blutstammzellen von Muskel- über Lungen- bis zu Darmgewebe fast alle Zelltypen des Körpers zaubern zu können. Doch als sie genetisch markierte Blut-stammzellen ins Knochenmark von Mäusen gespritzt hatten, fanden sie die Marker nur in Blutzellen wieder.
Eine mögliche Erklärung für die widersprüchlichen Resultate lieferten britische Forscher. Sie züchteten Hirnstammzellen in der gleichen Schale mit embryonalen Stammzellen. Dabei verschmolzen einige Zellen und bildeten Hybride, die sowohl die genetische Markierung der Hirnstammzellen als auch das Entwicklungspotenzial der embryonalen Stammzellen besaßen. Bei den Therapie-Experimenten hatten sich die Blutstammzellen nur scheinbar in Muskelgewebe verwandelt, indem sie im Körper mit Muskelstammzellen fusionierten.
„Dieser Mechanismus erkläre rund 60 Prozent des vermeintlichen Entwicklungspotenzials”, zitiert Andreas Zeiher noch nicht veröffentlichte Arbeiten. Der Rest sei aber echte so genannte Transdifferenzierung, eine Umwandlung in eine ausgereifte und funktionierende Zelle. Jürgen Hescheler glaubt das nicht: „Wir konnten in keinem einzigen Experiment beobachten, dass sich adulte Stammzellen etwa in Herzzellen umwandeln.” Trotz der Unsicherheiten spritzen Zeiher und andere Chirurgen Herzinfarkt-Patienten bereits Knochenmarkzellen – in der Hoffnung auf Transdifferenzierung.
„Dafür gibt es keine wissenschaftliche Grundlage”, sagt der US-Forscher Irving Weissman, der als Erster reine Blutstammzellen extrahieren konnte, gegenüber dem Fachblatt Nature. Seiner Meinung nach müssten viele Stammzell-Experimente wiederholt werden, bevor klinische Studien an Menschen beginnen. Und zwar nach rigorosen Kriterien, fordert Fred Gage. Der Experte für Hirnstammzellen vom kalifornischen Salk Institute zählt auf:
• Forscher sollten adulte Stammzellen ohne Kultivierungsphase testen, weil die Zellen in der künstlichen Umgebung neue Eigenschaften entwickeln.
• Finden sie die Zellen in fremdem Gewebe, sollten sie prüfen, ob diese auch funktionieren.
• Zudem müssen sich die Zellen in großer Zahl umwandeln, bevor man ein Potenzial zur Transdifferenzierung proklamieren könne.
Schon beim ersten Punkt fallen die vor kurzem entdeckten Multipotenten Adulten Vorläuferzellen, kurz MAPC, durch. Sie stammen von Erwachsenen und haben trotzdem die Fähigkeit, sich in viele verschiedene Zell-Typen umwandeln zu können. Das Team um Catherine Verfaillie vom Stammzell-Institut in Minnesota hat die MAPC in einer Kultur aus Bindegewebs-Stammzellen entdeckt, allerdings erst, nachdem sich diese schon mehr als 25-mal geteilt hatten. Möglicherweise gebe es die MAPC in Lebewesen gar nicht, schrieben die US-Forscher Stuart Orkin und Sean Morrison in einem Kommentar. Dennoch könnten die Zellen für eine Therapie interessant sein: Sie entwickeln sich – vermutlich ohne Fusion – zu Blut, Leber-, Lungen- und Darmgewebe und lassen sich in der Kulturschale leicht vermehren.
Das Beispiel der MAPC ist laut dem Regensburger Hans-Georg Kuhn die Regel. Je länger man adulte Stammzellen in Kultur halte, desto potenter würden sie, stellte er bei Hirnstammzellen fest. Den Befund kann das kanadische Team um Cindi Morshead nicht bestätigen. Dafür begannen ihre Hirnstammzellen in Kultur immer schneller zu wachsen und brauchten dazu immer weniger Wachstumsfaktoren. Das weist auf ein mögliches Dilemma hin: Züchten Forscher adulte Stammzellen mit einem großen Entwicklungspotenzial, könnten diese zur Tumorbildung neigen. „ Die wären dann wie embryonale Stammzellen”, glaubt Jürgen Hescheler, „die in Tierversuchen meist Geschwüre bilden.” Forscher müssten embryonale Stammzellen deshalb vor einem klinischen Einsatz in tumorsichere Vorläuferzellen von Geweben umwandeln.
Heilen Stammzellmediziner in Zukunft ohne Stammzellen?
Philippe Collas pfeift auf Stammzellen. Der Forscher von der Universität Oslo züchtet Hirn- und Bauchspeicheldrüsen-Gewebe gleich aus gewöhnlichen Hautzellen, die er besonders leicht vom Patienten gewinnen kann. Sein Trick ist verblüffend einfach: Er durchlöchert die Hülle der Hautzellen und badet diese im Zellsaft etwa von zerquetschten Neuronen. Schon nach wenigen Stunden bilden die Hautzellen die für Neuronen typischen Ausstülpungen. Auch mit dem Saft von Immunzellen war Collas erfolgreich. Darin enthaltene Substanzen programmierten das Erbgut der Hautzellen um und schalteten Immungene an. Nach dem Bad blieben die Veränderungen über Wochen erhalten, freut sich Collas. Forscher der US-Firma Nucleotech, an der Collas beteiligt ist, sollen auf diese Weise gar eine Art Insulin produzierende Zellen kreiert haben. Allerdings nehmen die Hautzellen jeweils nur einige Eigenschaften des Bades an. Funktionierende Zellen konnte der Osloer Forscher bislang nicht züchten.
Auch andere Forscher wollen die aufwändigen Methoden mit Klonen, Embryos und möglicherweise gar Stammzellen hinter sich lassen. Was Collas in einem Hau-Ruck-Schritt versucht, teilen sie in zwei Prozesse: Erst versetzen sie Körper- oder Stammzellen in ein unreifes Stadium zurück, und anschließend züchten sie daraus das gewünschte Gewebe. Dass dies im Prinzip möglich ist, zeigen aus Körperzellen geklonte Tiere. Dabei verjüngen Forscher das Erbgut einer reifen Zelle, indem sie es in eine entkernte Eizelle spritzen. Daraus wachsen dann alle Zellen des geklonten Tieres. Mit Zellen in der Kulturschale gelingt das aber noch niemandem. „ Keiner kennt die Faktoren”, sagt Jürgen Hescheler. Er plädiert für die Forschung an embryonalen Stammzellen, weil diese zumindest unreif seien. Die Verjüngung ist aber möglicherweise auch bei adulten Stammzellen nicht schwer: Einige der mesenchymalen Stammzellen in der Kulturschale von Catherine Verfaillie wandelten sich mit der Zeit von selbst in unreife MAPC.
„Nun müssen wir lernen, aus Stammzellen bestimmte Zelltypen zu formen”, skizziert Hans-Georg Kuhn das Forschungsprogramm der nächsten Jahre. Erste Erfolge gab es schon viele: Forscher wandelten Stammzellen in Hirn-, Herz-, Leber- und viele andere Gewebe um. Meist nahm aber nur ein Bruchteil der Stammzellen einige Eigenschaften des gewünschten Gewebes an. Eine vollständige Umwandlung in den für den praktischen Einsatz nötigen Mengen ist noch nie gelungen. „Dazu müssten hunderte oder tausende von Genen rauf- und runterreguliert werden”, umschreibt Hescheler das Problem.
Bis Forscher diese Klaviatur in Stamm- oder Körperzellen beherrschten, sei noch „sehr, sehr viel Forschung” nötig. Dann aber brauchen Stammzell-Mediziner weder Klone noch Embryos – und vielleicht nicht einmal mehr Stammzellen.
Marcel Falk
