Induzierte pluripotente Zellen: Stammzellen aus dem Labor

     

iPS-Zellen entstehen im Labor, doch sie gleichen den Zellen eines Embryos. Die Forschung baut auf sie, und auch Mediziner wagen erste Versuche am Menschen.

Niemand hatte geglaubt, dass es so einfach ist1: Vier Gene greifen tief in das Erbgut ein und wecken Fähigkeiten, die als längst verloren galten. Normale Hautzellen verwandeln sich so in potente Stammzellen. Diese induzierten pluripotenten Stammzellen - kurz iPS-Zellen - können jede Zelle des menschlichen Körpers hervorbringen; eine Eigenschaft, die sonst nur embryonale Zellen aufweisen.

Als der Japaner Shinya Yamanaka im Jahr 2006 erstmals iPS-Zellen erzeugte, reagierte die Fachwelt verblüfft. Bis dahin galt das Dogma, dass erwachsene Gewebezellen auf ihr Schicksal festgelegt sind - eine Rückentwicklung zu Stammzellen galt als undenkbar. Forscher auf der ganzen Welt erkannten schnell, welche ungeahnten Möglichkeiten iPS-Zellen boten. Und Yamanaka wurde im Jahr 2012, gerade einmal sechs Jahre nach seiner Entdeckung, mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet.

Heute sind iPS-Zellen aus der Forschung kaum noch wegzudenken. Wissenschaftler klären mit ihrer Hilfe, wie sich Organe entwickeln und wie Krankheiten entstehen. iPS-Zellen helfen bei der Entwicklung von neuen Medikamenten. Und seit 2014 laufen sogar erste medizinische Tests am Menschen - die Zellen sollen die langsame Erblindung im Alter aufhalten.

Die Methode, mit der iPS-Zellen entstehen, wurde im Laufe der Jahre ständig verbessert. Yamanaka benötigte noch ein verändertes Virus, um die vier Gene - auch Yamanaka-Faktoren genannt - in die Zelle zu transportieren. Doch dieses Virus konnte Krebs auslösen, und in ersten Tierversuchen entwickelten sich oftmals Tumore.

Ungelöste Probleme

Heute verfügen Forscher über ein ganzes Arsenal von Möglich­keiten, um iPS-Zellen zu erzeugen2-5. Die Krebsgefahr ist nun stark vermindert, doch das perfekte Rezept ist noch nicht gefunden6. Die Suche danach wird die Forschung noch einige Zeit beschäftigen.

Es gibt auch noch praktische Probleme zu überwinden: 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 daher Monate dauern, bis genügend Zellen für Versuche bereitstehen.

Manche Forscher glauben auch, 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 gibt zudem Hinweise, dass iPS-Zellen deutlich anfälliger für Mutationen sind7. Daher sind die meisten Wissenschaftler der Meinung, dass iPS-Zellen die Forschung mit embryonalen Stammzellen noch nicht vollständig ersetzen können.

Stammzellen der Zukunft

Dennoch wird den iPS-Zellen wohl die Zukunft gehören. Der größte Vorteil gegenüber embryonalen Zellen bleibt bestehen: Sie lösen keine ethischen Kontroversen aus. Der Forschung werden daher deutlich weniger bürokratische Fesseln auferlegt, und auch Finanzquellen lassen sich leichter erschließen. Dies ist vor allem 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, soll Deutschland wieder in der Weltspitze mitmischen. Das Ziel sind aber nicht Stammzelltherapien, sondern 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 Potenzial - für den medizinischen Fortschritt und die kommerzielle Verwertbarkeit.

In Rekordzeit in die Klinik?

Die medizinische Nutzung der iPS-Zellen wird vor allem in Japan vorangetrieben. Im September 2014 operierten Ärzte eine Japanerin, die an einer altersbedingten Form der Erblindung litt. In ein erkranktes Auge wurden Netzhaut-Zellen eingeführt, das aus ihrer eigenen Haut gezüchtet wurden. An dieser ersten Sicherheitsstudie sollen insgesamt sechs Patienten teilnehmen, erste Ergebnisse sind nicht vor Ende 2015 zu erwarten.

Diese Studie zeigt die Vorteile der iPS-Zellen auf: Sie ermöglichen die Behandlung von Patienten mit eigenen Stammzellen - eine Abstoßung durch den Körper oder die Übertragung von Krankheiten sind damit fast ausgeschlossen. Doch die aufwändige Herstellungs-Prozedur zieht auch hohe Kosten nach sich. Ob unser Gesundheitswesen das auch in Zukunft finanzieren kann, ist heute noch nicht abzusehen.

Hinter dem therapeutischen Nutzen der iPS-Zellen stehen also weiterhin 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 erwies 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 Chou et al., And Then There Were None: No Need for Pluripotency Factors to Induce Reprogramming, Cell Stem Cell 2013, vol. 13, pp. 261-2 (link)
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Herstellung von iPS-Zellen

induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) werden durch Gentransfer aus normalen Gewebezellen erzeugt
Revolution der Stammzellforschung: Für die induzierten pluripotenten Stammzellen von Shinya Yamanaka muss kein Embryo vernichtet werden, dennoch ist das Entwicklungs­potenzial der Zellen unbegrenzt.
Shinya Yamanaka ist Pionier der iPS-Zell-Technologie
Nobelpreisträger: Shinya Yamanaka, Pionier der induzierten pluripotenten Stammzellen, erhielt den Nobelpreis für Medizin 2012. Er wurde bereits zuvor vielfach geehrt, so auch mit dem renommierten Kyoto-Preis. (Bild: Inamori Stiftung)

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Kurz und knapp 

  • 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 ist daher mit Risiken behaftet