iPS-Zellen: Glücksfall für die
Forschung, aber auch für die Medizin?

In Kürze
Im Jahr 2006 revolutionierte Shinya Yamanaka die Stamm­zellen­forschung: Seine iPS-Zellen waren eine wissen­schaftliche Sensation - und der Ausbruch aus der ethischen Schmuddelecke. Pluripotente Stammzellen, die alle Körpergewebe hervorbringen, lassen sich seitdem problem­los im Labor erzeugen. Und noch nicht einmal fundamental-religiöse Gruppen haben etwas an ihnen auszusetzen.

Herstellung von iPS-Zellen

induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) werden durch Gentransfer aus normalen Gewebezellen erzeugt
Shinya Yamanaka hat ein neues Forschungsfeld eröffnet, als er induzierte pluripotente Stammzellen im Labor erzeugte. Anfangs verwendete er noch einen Virus, der krebserregend ist. Nun wird mit Hochdruck nach Alternativen gesucht.
Niemand hatte geglaubt, dass man Stammzellen so einfach herstellen kann1: Vier Gene, künstlich eingeschleust, verändern eine normale Hautzelle von Grund auf. Die Gene übernehmen die Kontrolle über das Hautzell-Genom und programmieren es um - eine induzierte pluripotente Stammzelle (iPS-Zelle) ist das Resultat. Und diese verhält sich (fast) genauso wie eine embryonale Stammzelle.
Yamanka verwendete anfangs einen veränderten Virus, um die Gene in die Zelle zu transportieren. Dies hat einen großen Nachteil: Der Virus ist krebserregend. Spritzte man die ersten iPS-Zellen in eine Maus, entwickelten sich oftmals Tumore. Mit Hochdruck wird daran gearbeitet, den Virus überflüssig zu machen: Man will entweder die Gen-DNA durch RNA-Moleküle ersetzen oder statt der Gene die entsprechenden Proteine verabreichen2.
Kleinere Erfolge gab es fast im Monats-Takt, und jeder einzelne wurde in den Medien wortreich gefeiert. Doch erst im November 2010 gelang ein erster echter Fortschritt: Synthetische Boten-RNA kann den Virus ersetzen und iPS-Zellen erzeugen - sogar effizienter als zuvor3. Und da die Boten-RNA sehr kurzlebig ist, wird die Zelle - und das Genom - nicht grundsätzlich verändert. Doch der Herstellungsprozess ist mühsam und teuer.
Shinya Yamanaka ist Pionier der iPS-Zell-Technologie
Shinya Yamanaka, Pionier der induzierten pluripotenten Stammzellen, wurde vielfach geehrt, zuletzt mit dem renommierten Kyoto-Preis. Er gilt auch als aussichtsreicher Kandidat für den Nobelpreis. (Bild: Inamori Stiftung)

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In Kürze

  • induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) werden im Labor aus normalen Gewebezellen hergestellt
  • iPS-Zellen sind pluripotent, verhalten sich also ähnlich wie embryonale Zellen
  • induzierte pluripotente Stammzellen ermöglichen die Untersuchung von vererbbaren Krankheiten an einzelnen Zellen
  • iPS-Zellen können Tumore verursachen, ein medizinischer Einsatz liegt daher noch in weiter Ferne
Im April 2011 gelang es, erstmals ganz auf die vier Reprogrammierungs-Faktoren zu verzichten und stattdessen kleine regulatorische RNA-Moleküle (microRNAs) einzuschleusen. Dies hat sogar die Effizienz dramatisch gesteigert, allerdings nur, wenn zum Transport wieder ein Virus verwendet wird4.
iPS-Zellen können noch durch einige andere Methoden herge­stellt werden, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen. Das perfekte Rezept ist noch nicht gefunden6, und die Suche danach wird die Forschung noch einige Zeit beschäftigen.
Somit bleibt die Effizienz in der Praxis ein großes Problem: Die Erzeugung von iPS-Zellen ist zwar einfach, aber sehr zeitaufwändig. Bei den gut etablierten Methoden wird nur 1 von 100 Gewebezellen in eine iPS-Zelle umgewandelt, oft sind es sogar noch weniger. Es kann also Monate dauern, bis genügend Zellen für Versuche bereitstehen.
Schließlich häufen sich die Hinweise, dass iPS-Zellen und embryonale Stammzellen doch nicht so ähnlich sind, wie anfänglich behauptet6. Genaue Analysen des Epigenoms, also von veränderlichen Markierungen auf der DNA, haben deutliche Unterschiede zu Tage gebracht. Es sieht sogar so aus, als ob iPS-Zellen deutlich anfälliger für Mutationen sind7. Aller­dings ist noch völlig unklar, wo die Ursachen liegen und welche Auswirkungen das hat.
Den Siegeszug der iPS-Zell-Forschung scheint dies nicht zu stoppen. Ohne ethischen Hemmschuh läuft die Forschung reibungsloser, und die Gelder fließen auch reichlicher. Dies ist auch hier zu Lande spürbar.
80 Millionen Euro investiert der deutsche Staat in die iPS-Zellen8. Damit soll Hans Schöler, MPI-Direktor in Münster, die Kräfte bündeln und ein großes Forschungs-Netzwerk aufbauen. Nach Jahren der Stagnation, bedingt durch den Bann der embryonalen Stammzellen, will man wieder in der Weltspitze mitmischen. Aber nicht um Stammzelltherapien geht es, sondern um die Entwicklung neuer Medikamente.
Denn iPS-Zellen bieten eine einzigartige Möglichkeit: Wenn man sie aus Gewebeproben entsprechender Patienten erzeugt, lässt sich herausfinden, wie Erbkrankheiten einzelne Zellen verändern9. Dies könnte auf die Spur von neuen Medi­kamenten führen, die man auch gleich an den iPS-Zellen austestet. Ein Forschungs-Feld mit viel Potential also, für den medizinischen Fortschritt und die kommerzielle Verwertbarkeit.
Manche Schlagzeilen erwecken den Eindruck, als stünde der Einsatz von iPS-Zellen in der Stammzellentherapie vor der Tür. Davon ist man noch weit entfernt: Zuerst muss ihnen die Neigung zur Tumorbildung10 ausgetrieben werden, und dies wird - einschließlich des Genehmigungsprozesses - noch viele Jahre dauern. Die embryonalen Stammzellen sind da klar im Vorteil: Erste Studien am Menschen haben bereits begonnen.
Im Prinzip ermöglichen iPS-Zellen die Behandlung von Patienten mit eigenen Stammzellen - eine Abstoßung durch den Körper oder die Übertragung von Krankheiten wären damit fast ausgeschlossen. Doch die aufwändige Herstellungs-Prozedur bedingt auch hohe Kosten. Ob unser Gesundheitswesen das auch in Zukunft wird finanzieren können, ist mehr als fraglich.
Hinter dem therapeutischen Nutzen der iPS-Zellen stehen also dicke Fragezeichen. Und bei genauer Betrachtung sind auch die ethischen Probleme noch nicht vom Tisch. Aus iPS-Zellen kann man Keimbahnzellen - und damit Kinder - züchten, es können Mensch-Mensch-Chimären hergestellt werden, und letztlich eignen sie sich sogar für die Klonierung von Menschen. Yamanaka selbst hat früh vor diesen Problemen gewarnt: Auch in dieser Beziehung erweist er sich als weitblickender Mann.
1 Takahashi and Yamanaka, Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast..., Cell 2006, vol. 126, pp. 663-676 (link)
2 Gonzalez et al., Methods for making induced pluripotent stem cells: reprogramming à la carte<, Nature Review Genetics 2011, vol. 12, pp. 231-42 (link)
3 Warren et al., Highly Efficient Reprogramming to Pluripotency ... with Synthetic Modified mRNA, Cell Stem Cell 2010, vol. 7, pp. 618-630 (link)
4 Anokye-Danso et al., Highly Efficient miRNA-Mediated Reprogramming of Mouse and Human Somatic Cells to Pluripotency, Cell Stem Cell 2011, vol. 8, pp. 376-88 (link)
5 Miyoshi et al., Reprogramming of Mouse and Human Cells to Pluripotency Using Mature MicroRNAs, Cell Stem Cell 2011, vol. 8, pp. 633-8 (link)
6 Robinton et al., The promise of induced pluripotent stem cells in research and therapy, Nature 2012, vol. 481, p. 295-305 (link)
7 M. Pera, The dark side of induced pluripotency, Nature 2011, vol. 470, p. 46-7 (link)
8 Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft, Neues Referenzzentrum für Stammzellenforschung für Münster, 16.4.2010 (link)
9 Zhu et al., Investigating monogenic and complex diseases with pluripotent stem cells, Nature Reviews Genetics 2011, vol. 12, p. 266-75 (link)
10 Laurent et al., Dynamic Changes in the Copy Number of Pluripotency..., Cell Stem Cell 2011, vol. 8, pp. 106-18 (link)
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