Stammzellen: Nachwachsende Rohstoffe für Zelltherapien

Weltweit treiben Wissenschaftler die Stammzellforschung voran. Ihre Vision: Der Ersatz von zerstörten Zellen und Geweben im menschlichen Organismus. Doch der Weg dahin ist lang und steinig. Die Wissenschaftler stehen vor einer „ungeheuren Fülle offener Fragen“ und die Forschung mit so genannten embryonalen Stammzellen ist nicht nur in Deutschland Gegenstand kontroverser Debatten: ein Thema des Wissenschaftssommers in Berlin.

„Die ideale Stammzelle für Zelltherapien wäre eine körpereigene, organspezifische Stammzelle.“ Für Dr. Anna Wobus, die Koordinatorin eines Schwerpunktprogrammes der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Stammzellforschung, und ihre Kollegen ist dies klar. Die Forschung mit solchen „adulten“ Stammzellen, die aus verschiedenen Organen des erwachsenen Organismus isoliert werden können, wäre – vor allem unter ethischen Aspekten – die beste Lösung.

Doch angesichts „einer enormen Fülle offener Fragen“ wollen die Forscher auch hierzulande nicht auf eine andere Option verzichten: auf die Forschung mit embryonalen Stammzellen des Menschen. Diese können aus Embryonen in sehr frühen Entwicklungsstadien isoliert und in Kulturschalen vermehrt werden. „Wir sollten noch nicht alle Türen schließen“, betonte Wobus angesichts der heftigen Debatte über die Forschung mit solchen Zellen, die nicht nur in Deutschland kontrovers geführt wird. „Beim derzeitigen Stand sollten wir alle Wege offen halten, die international beschritten werden, anstatt uns auf eine feste Strategie der Stammzellforschung zu beschränken“, erklärte auch der Heidelberger Stammzellforscher Professor Anthony Ho.

In der Tat treiben Wissenschaftler weltweit die Stammzellforschung voran. Doch noch ist beispielsweise unklar, welche Eigenschaften – jenseits der Fähigkeiten zur Selbsterneuerung und Differenzierung in spezialisierte Zellen – eine Stammzelle definieren. Ebenso wenig wissen die Forscher, wodurch sich embryonale, fetale und adulte Stammzellen bezüglich ihres Teilungs- und Entwicklungspotenzials unterscheiden. Wichtig sei darum die vergleichende Genomanalyse solcher Zellen, betonte Wobus. Auch die Fähigkeit adulter Stammzellen, sich zu Zellen mit unterschiedlichen Funktionen zu entwickeln, scheint nicht ganz so umfassend zu sein, wie die Forscher bislang angenommen haben. Was sich in Stammzellen abspielt, wenn sie sich etwa in Blut-, Haut- oder Leberzellen differenzieren und welchen Einfluss dabei äußere Faktoren haben, muss noch intensiv untersucht werden.

Aus dem Knochenmark gewonnene Stammzellen werden schon seit über 20 Jahren in der Krebstherapie eingesetzt. Entdeckt wurden sie Anfang der sechziger Jahre. „Es hat viele Jahre gedauert, bis diese Zellen bei Patienten einsetzbar waren. Doch inzwischen verdanken unzählige Leukämiepatienten einer solchen Transplantation ihr Leben“, erklärte Ho.

Das Knochenmark enthält eine Vielzahl von Stammzellen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien. In jüngster Zeit hat sich herausgestellt, dass diese sich nicht nur zu Blutzellen, sondern auch zu Zellen anderer Gewebearten entwickeln können: Knochen- und Knorpelzellen, Sehnen-, Muskel- und Leber- sowie Nervenzellen. Diese so genannte Transdifferenzierung klappt vor allem mit Mäuse-Stammzellen. „Wie gut dies mit menschlichen Blutstammzellen gelingt, ist noch unklar“, so Ho. Hinzu kommt, dass die blutbildenden Stammzellen mit maximal einem Prozent nur „eine verschwindend kleine Minderheit“ im Knochenmark darstellen. Und weniger als ein Hundertstel davon ist offenbar „pluripotent“ – also in der Lage, sich etwa in Nervenzellen zu verwandeln. Für Ho ist deshalb „fragwürdig, ob wir jemals so viele pluripotente Zellen gewinnen können, um damit Patienten zu behandeln“. Denn bislang scheiterten die Forscher daran, diese Zellen in der Kulturschale zu vermehren. Ho: „Diese pluripotenten Stammzellen sind sehr anspruchsvoll.“ Auch das Selbsterneuerungspotenzial dieser Zellen sei sehr gering.

Eine denkbare Alternative sind für Ho daher Stammzellen aus dem Blut abgetriebener Föten. Diese vermehren sich deutlich besser. Ob sie sich auch effizienter in andere Körperzellen umprogrammieren lassen, wird zur Zeit untersucht.

Auch im erwachsenen Gehirn gibt es Regionen, in denen bei Tieren und Menschen Stammzellen ein Leben lang neue Nervenzellen produzieren. Ebenso gibt es Regionen mit ruhenden Stammzellen. Solche adulten neuralen Stammzellen haben Forscher sowohl bei Nagern als auch bei Menschen bereits isoliert. „In der Kulturschale ließen sich jedoch nur die Nagerzellen vermehren“, berichtete Dr. Hans-Georg Kuhn von der Universität Regensburg. Transplantiert in das Gehirn von Ratten oder Mäusen entwickelten sich diese Stammzellen zu funktionsfähigen Nerven- und Stützzellen.

Für Kuhn wäre die Transplantation solcher Stammzellen jedoch nur eine denkbare Strategie. Eine andere Möglichkeit wäre die Stimulation dieser Stammzellen direkt im Gehirn, etwa durch bestimmte Wachstumsfaktoren oder Hirnbotenstoffe. Denn inzwischen wissen die Forscher, dass etwa nach Schlaganfällen oder Gehirnverletzungen diese Zellvermehrung auch natürlicherweise einsetzt. Sie reicht jedoch nicht aus, um schwere Schäden zu kompensieren.

Israel gehört zu jenen Ländern, in denen Wissenschaftler mit menschlichen embryonalen Stammzellen forschen dürfen. Professor Nissim Benvenisty von der Universität in Jerusalem betonte, dass diese Forschung wichtig sei, um die komplexen Entwicklungsprozesse besser verstehen und diese Einsichten vielleicht für die Umprogrammierung adulter Stammzellen nutzen zu können. „Wir müssen zunächst forschen, um entscheiden zu können, welche Wege sinnvoll weiterverfolgt werden können“, betonte er.

Eine der Herausforderungen beim Umgang mit Stammzellen ist neben deren Kultivierung auch die Isolierung der ausgereiften, spezifischen Zellen. Da unreife embryonale Stammzellen sich unbegrenzt vermehren können, wenn sie in den Körper transplantiert werden, könnten sie zu Tumoren heranwachsen.
Um differenzierte Zellen identifizieren zu können, schleust das Team von Benvenisty in die Stammzellen ein sogenanntes Marker-Gen ein. Dieses kodiert für einen fluoreszierenden Farbstoff. Aktiv wird das Gen jedoch nur in den spezifischen, differenzierten Zellen, die sich anhand dieser Markierung automatisch heraussortieren lassen.

Noch weiß niemand, welche Art Stammzellen für therapeutische Anwendungen an Patienten infrage kommen. „Aus heutiger Sicht“, so Anna Wobus, „ist wahrscheinlich nicht ein einziger Stammzelltyp für eine Zelltherapie aller Krankheitsformen geeignet.“

Bei der demnächst anstehenden politischen Entscheidung, ob und in welchem Umfang auch deutsche Wissenschaftler mit menschlichen embryonalen Stammzellen arbeiten dürfen, hält der Bonner Ethikprofessor Ludger Honnefelder eine ausgewogene Regelung für möglich. „Die Stammzellforschung“, so meinte er auf einer Diskussionsveranstaltung, „darf nicht pauschal in einen Topf geworfen werden, da es viele Ansätze gibt. Man muss den Einzelfall betrachten.“ Es sei Konsens, dass Embryonen zu Forschungszwecken nicht erzeugt werden dürften. Alle übrigen Bereiche müssten differenziert diskutiert werden.