Embryonale Stammzellen Ersatzteillager für den Menschen?

Noch vor einigen Jahren war der Begriff Stammzellen in der Öffentlichkeit nahezu unbekannt. Inzwischen gelten Stammzellen als eine Art "Zaubermittel", das in Zukunft all unsere medizinischen Probleme lösen soll. Denn Stammzellen besitzen die Fähigkeit, sich in nahezu alle Zelltypen eines Organismus zu entwickeln. Mit ihrer Hilfe könnte sich, so die Hoffnung, verletztes oder abgestorbenes Gewebe ersetzen und damit eine Vielzahl von Krankheiten heilen lassen.

Stammzellen – die Alleskönner

Im Blastozytenstadium werden die embryonalen Stammzellen gewonnen.

Die Entwicklung des Menschen beginnt mit einer einzigen Zelle. Eine Zelle, die jedes Gewebe des menschlichen Körpers bilden kann. Erst nach dem so genannten Blastozytenstadium beginnt die Spezifizierung der Zellen. In diesem Stadium besteht der Embryo aus etwa 100 Zellen. Und aus jeder einzelnen kann noch eine der mehr als 200 Zellarten werden, aus denen ein ausgewachsener menschlicher Organismus besteht. In diesem Stadium werden die so genannten embryonalen Stammzellen entnommen.

Forschung mit embryonalen Stammzellen – eine Herausforderung

Mit Hochdruck wird daran geforscht, Stammzellen therapeutisch einzusetzen.

Vor mehr als 20 Jahren wurden embryonale Stammzellen aus Mäusen isoliert. In Tierversuchen haben Wissenschaftler mit diesen Zellen vielversprechende Erfolge erzielt. Als 1998 erstmals auch menschliche embryonale Stammzellen isoliert wurden, entflammte die Hoffnung neu, mit Stammzellen Erkrankungen wie Parkinson, Diabetes oder Herzschwäche zu heilen. Dennoch müssen die Forscher inzwischen einsehen, dass die Erkenntnisse aus den Tierversuchen auf den Menschen nicht bedingungslos übertragbar sind. Denn nach wie vor stehen die Wissenschaftler, die an embryonalen Stammzellen forschen, immer noch vor vier wesentlichen Problemen.

Zellen vermehren

Stammzellen brauchen Nährflüssigkeiten und Feeder-Zellen zum Wachsen.

Zunächst wollen die Forscher die Stammzellen vermehren. Um eine Erkrankung heilen zu können, braucht man wesentlich mehr Zellen, als man gewinnen kann. Um etwa einem Menschen mit Herzschwäche helfen zu können, bräuchte man rund 10⁹ Zellen, das sind 10 Milliarden Zellen. So viele Stammzellen kann man aus Embryonen nicht isolieren. Daher werden die Stammzellen auf so genannten Feeder-Zellen angezüchtet, die zum Beispiel aus der Vorhaut des Mannes stammen. Zusammen mit bestimmten Nährflüssigkeiten werden die Stammzellen auf eine Schicht dieser Feeder-Zellen aufgebracht. Die Vermehrung von embryonalen Stammzellen ist nicht unproblematisch. Denn die für unbegrenzt vermehrungsfähig gehaltenen Stammzellen sind nicht so stabil, wie die Forscher dachten. Je häufiger Stammzellen vermehrt werden, desto öfter treten Fehler in ihrem Erbgut auf. Plötzlich haben einige der Zellen ein Chromosom zu viel: eine so genannte Trisomie bei Chromosom 17. Verhindern können das die Forscher bisher nicht.

Die Reifung steuern

Reifung der Stammzelle

• Flash-Video
  Schlagende Herzvorläuferzellen konnten schon aus Stammzellen gewonnen werden.

Sobald die Stammzellen von den Feeder-Zellen abgelöst werden, beginnen sie damit, sich in verschiedene Gewebe zu spezifizieren. Die Reize, die die Ausreifung der Stammzellen in spezielle Gewebe steuern, sind noch nicht ausreichend bekannt. Nicht aus jeder Stammzelle wird genau die Zelle, die die Forscher gerne haben möchten. Es konnten zwar schon Vorläuferzellen bestimmter Gewebearten wie etwa Herz- oder Nervengewebe aus menschlichen embryonalen Stammzellen erzeugt werden. Es ist Wissenschaftlern aber noch nicht gelungen, funktionsfähige Insulin bildende Zellen zur Heilung des Diabetes gezielt zu gewinnen. Daneben sind in der Petrischale immer wieder Zellen aufgetaucht, die mit dem erwünschten Gewebe nichts zu tun hatten oder noch nicht ausgereift waren. Im Tierversuch entstanden aus diesen unerwünschten Zellen sogar Tumore.

Unerwünschte Zellen aussortieren

Durch ein Fluoreszenz-Gen werden die erwünschten Zellen zum Leuchten gebracht.

Das Problem wollen die Forscher nun lösen, indem sie die gewünschten Zellen markieren. Sie schleusen den Zellen zum Beispiel ein Fluoreszenz-Gen ein, das nur in den gewünschten Zellen aktiviert wird. Bei der Forschung an Herzzellen hat die Methode schon funktioniert. Das Fluoreszenzgen lässt die gewünschten Zellen unter Blaulicht leuchten und die unerwünschten Zellen können aussortiert werden. Bisher ist das aber nur im Tierversuch gelungen.

Zellen in das Organ einbringen

Selbst wenn die Forscher eines Tages die Reifung der Stammzellen zielgerichtet steuern können, bleibt ein weiteres Problem: Wie sollen die neugewonnenen Zellen in das Organ eingebracht werden, das sie heilen sollen? Damit die Zellen mit dem Körper kommunizieren können, müssen sie mit dem bereits vorhandenen Gewebe "verschaltet" werden. Gerade die Bekämpfung von Herz- und Hirnerkrankungen stellt eine der größten Herausforderungen im Einsatz von Stammzellen dar.

Stammzellforschung – zur Zeit noch Grundlagenforschung

Noch ist die Forschung an menschlichen embryonalen Stammzellen nicht sehr weit vorangeschritten. Die Forscher stehen immer wieder vor Problemen, die sie im Tierversuch zwar bereits gelöst haben, deren Ergebnisse aber auf den Menschen nicht übertragbar sind. Erst wenn sie herausgefunden haben, wie sich Stammzellen in verschiedene Zelltypen entwickeln, können sie dies gezielt steuern und über mögliche Therapien nachdenken. Bis erste Versuche am Menschen beginnen können, wird es nach Ansicht der Forscher bis etwa 2015 bis 2020 dauern.

Daher wird auch mit Hochdruck an den so genannten adulten Stammzellen geforscht. Adulte Stammzellen sind undifferenzierte, das heißt noch nicht ganz ausgereifte Zellen, die sich ein Leben lang erneuern. Normalerweise dienen sie der Reparatur von Organen oder dem Ersatz kurzlebiger Zellen wie etwa Blutzellen. Adulte Stammzellen kommen in vielen Organen vor, unter anderem in Knochenmark, Gehirn, Darm, Leber, Haut, Bauchspeicheldrüse und Skelettmuskeln. Adulte Stammzellen aus dem Knochenmark werden bereits seit Jahren eingesetzt, um Erkrankungen des blutbildenden Systems (wie etwa Leukämien) zu heilen. Ob adulte Stammzellen auch Menschen mit Parkinson, Diabetes oder Herzinfarkten helfen können, ist noch nicht abschließend geklärt.