Direkte Reprogrammierung: Umwandlung ohne Stammzellen

   

Forscher können manche Zelltypen ohne Umweg aus anderen Zellen erzeugen. Bei dieser direkten Repro­grammierung sind Stammzellen nicht erforderlich.

Stammzellen sollen neue Therapien ermöglichen, doch sie haben einen gravierenden Nachteil: Embryonale Zellen können Krebs hervorbringen, und auch die neueren iPS-Zellen sind nicht minder gefährlich. Forscher suchen daher intensiv nach Wegen, dieses Problem zu lösen. Eine Möglichkeit besteht darin, Körper­zellen direkt in die gewünschte Gewebe­zelle umzu­programmieren - ohne ein gefährliches Zwischen­stadium.

Direkte Reprogrammierung

Seit 2010 ist das grundsätzlich möglich. Forscher können Hautzellen direkt in Herz-, Blut- oder Nervenzellen umwandeln. Die Reprogrammierung verläuft zum Teil sogar erstaunlich effizient. Liegt hier die Zukunft der Stammzelltherapie?

Verringertes Krebsrisiko

Wer viel kann, ist manchmal gefährlich. Das trifft auch auf die wandlungsfähigste Stammzellart zu, die pluripotente Stammzelle (also embryonale und iPS-Zellen). Aus ihnen entstehen alle Körpergewebe, aber eben auch eine seltene Form von Krebs. Das Teratom (grch. für "schreckliche Geschwulst") erzeugt in einem einzigen Tumor unterschiedliche Gewebe: Es kann Haare, Knochen und Zähne enthalten. Auch wenn es sich oft gutartig verhält, ist es als möglicher Nebeneffekt kaum zu tolerieren.

Daher enthalten die kürzlich angelaufenen Studien - entgegen ihrer gebräuchlichen Bezeichnung - auch gar keine embryonalen Stammzellen mehr. Vor einer Anwendung am Menschen muss sichergestellt sein, dass nur noch fertige Gewebezellen eingespritzt werden. Und das ist äußerst schwierig: Die beteiligten Firmen mussten jahrelang einen Rekordaufwand betreiben, bevor die amerikanischen Behörden die Studien als vertretbar einstuften.

Die direkte Reprogrammierung könnte eine attraktive Alternative sein. Ein verringertes oder gar gänzlich eliminiertes Krebsrisiko ist nicht nur gut für den Patienten, auch die Firmen sparen viel Zeit und Kosten - bei deutlich erhöhten Erfolgsaussichten. Ethische Bedenken können erst gar nicht aufkommen. Und sogar das Optimum der Stammzell­therapie läge in Reichweite: Menschen werden durch ihre eigenen Zellen geheilt. So die Utopie, aber was ist bislang Realität?

Zellen mit neuer Identität

Die direkte Reprogrammierung greift auf die gleichen Methoden zurück, welche die Herstellung der iPS-Zellen ermöglichen. Meist werden in normale Gewebe­zellen Gene eingeschleust, die rasch die Kontrolle übernehmen und die Identität der Zelle verändern. Die Gene sind so gewählt, dass keine pluripotenten Stammzellen entstehen, sondern andere Gewebezellen - ohne Umweg.

Aus dem Hautgewebe der Maus entstanden so schon Herz-, Leber- und Nervenzellen. Und menschliche Haut diente zur Erzeugung von Vorläuferzellen des Bluts1 und Nervenzellen2 (die auch schon zur Erforschung der Alzheimer Krankheit dienen3). Doch einen Nachteil haben diese Zellen: Sie vermehren sich deutlich schlechter als Stammzellen, und es könnte schwierig werden, ausreichend Zellen für eine Therapie zu erzeugen.

Diabetes und Herzinfarkt als mögliche Ziele

Typ I Diabetes könnte die erste Krankheit sein, bei der diese Methode Anwendung findet. Im Tierversuch zumindest wurde ein großer Schritt gemacht: In lebenden Mäusen hat man Zellen der Bauchspeicheldrüse so umprogrammiert, dass sie Insulin und andere Hormone produzieren. Die ß-Zellen, die diese Funktion eigentlich erfüllen, hatte man vorher chemisch zerstört. Die neu geschaffenen ß-Zellen konnten den Diabetes zwar nicht heilen (dazu waren es noch zu wenige), aber der Blut­zucker­spiegel wurde deutlich gesenkt.

Auch beim Herzinfarkt - Ziel vieler experimenteller Stamzell­therapien - wecken Tierversuche erste Hoffnungen. Im lebenden Tier konnte ein Teil des Narbengewebes, das nach einem Herzinfarkt entsteht, in funktionierendes Herz­muskel­gewebe umgewandelt werden. Die Herzleistung wurde dadurch messbar verbessert, obwohl die Zahl der umgewandelten Zellen sehr klein blieb. Möglicherweise schütten die reprogrammierten Zellen Wachstumsfaktoren aus, die zur Heilung des Herzens beitragen.

Tests am Menschen noch viele Jahre entfernt

Bislang wurden für diese Versuche noch Viren verwendet, die potentiell krebsauslösende Gene in die Zellen transportierten. Für die Behandlung von Menschen war dieser Ansatz zu gefährlich. Im Jahr 2016 gelang es jedoch erstmals, Zellen mit einem Cocktail aus pharmakologischen Substanzen neu zu programmieren5,6. Eine medizinische Anwendung ist damit ein gutes Stück näher gerückt.

Von einem Test an Menschen ist man dennoch viele Jahre entfernt. Viele der aktuellen Probleme sind technischer Natur und haben daher gute Aussichten gelöst zu werden. Aber ob die Grundhoffnung der regenerativen Medizin - frische Zellen heilen kranke Organe - tatsächlich realistisch ist, kann heute noch niemand sagen. Falls ja, könnte die direkte Reprogrammierung ein Pfeiler dieser medizinischen Revolution werden.

1 Szabo et al., Direct conversion of human fibroblasts to multilineage blood progenitors, Nature 2010, vol. 468, pp. 531-6 (link)
2 K.S. Kim, Converting Human Skin Cells to Neurons: A New Tool to Study and Treat Brain Disorders?, Cell Stem Cell 2011, vol.9 pp.179-181 (link)
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Direkte Reprogrammierung

Durch das gezielte Einschleusen von Genen kann man die Identität einer Zelle verändern. Je nach nach Wahl der Gene entsteht eine Stammzelle oder eine Gewebezelle.

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Kurz und knapp

  • Gewebezellen können direkt in andere Gewebezellen umprogrammiert werden
  • das Einschleusen ausgewählter Gene verändert die Identität der Zellen
  • die Methode ähnelt der iPS-Zelltechnologie, bei der aber Stammzellen entstehen
  • fehlende ethische Probleme und eine minimierte Krebsgefahr könnten diese Zellen ideal für die regenerative Medizin machen