Mini-Gehirne für die Genesung

Embryonale und pluripotente Stammzellen sind Hoffnungsträger im Kampf gegen schwere Krankheiten. Aus solchen Stammzellen werden sogar Mini-Gehirne gemacht. Der Zellforscher Christian Lehner erklärt deren Nutzen.

Bruno Knellwolf
Drucken
Fünf Tage alte embryonale Stammzellen aus dem Labor. (Bild: epa)

Fünf Tage alte embryonale Stammzellen aus dem Labor. (Bild: epa)

Ausgangspunkt für diese Entwicklung im Jahr 2013 waren embryonale Stammzellen. Forscher vom Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien hatten daraus «menschliche Miniaturgehirne» herangezüchtet. Ein grosses Wort, sind das doch nur vier Millimeter grosse Zellansammlungen. Mit solchen cerebralen Organoiden kann die Entstehung des menschlichen Hirns mit lebenden Zellen imitiert werden, was helfen soll, Krankheiten zu besiegen. Die Fortschritte der entwicklungsbiologischen Forschung mit Stammzellen seien auch im Zusammenhang mit regenerativen Therapien etwa bei Diabetes oder Parkinson gross, sagt Christian Lehner, der gestern in St. Gallen referiert hat.

Herr Lehner, wir reden heute über künstlich geschaffene Mini-Hirne. Doch wie stellten sich die Menschen die Menschwerdung im Körper der Frau vor der Erfindung des Mikroskops vor?

Christian Lehner: Schon zweitausend Jahre vor der Entwicklung des Mikroskops im 19. Jahrhundert hat insbesondere Aristoteles erstaunlich korrekte Vorstellungen entwickelt von dem, was in der Gebärmutter passiert. Zum Teil auf Grund von Beobachtungen am Menschen und auch durch Beobachtungen mit Hühnereiern. Aber wichtige Prozesse wie etwa die Verschmelzung von Eizelle und Spermium am Anfang der Entwicklung blieben verborgen. Aristoteles postulierte daher, dass Menstruationsblut die Materie des Embryos liefert und die Samenflüssigkeit eine Kraft überträgt, die Formbildung und Leben ermöglicht.

Das ist noch weit weg vom heutigen Wissen.

Lehner: Im 17. Jahrhundert wurde dann postuliert, dass auch beim Menschen so wie bei Hühnern Eizellen gebildet werden. Menschliche Eizellen konnten jedoch erst 200 Jahre später mikroskopisch nachgewiesen werden – im Gegensatz zu Spermien, die bereits kurz nach der Erfindung der Mikroskops beschrieben wurden.

Was führte dazu, dass man erkannte, dass die Zellteilung und die Differenzierung zu komplexen Organismen führen?

Lehner: Zunächst hat die Lichtmikroskopie das Erkennen von Zellen ermöglicht. Damit konnte auch die Zellteilung beobachtet werden. Ausserdem wurde deutlich, dass am Anfang alle Zellen noch gleich aussehen und später aber viele unterschiedlich aussehende Zelltypen entstehen. Also Nervenzellen, Muskelzellen, Hautzellen und weitere.

Inzwischen ist die entwicklungsbiologische Forschung einiges weiter: Mit gezüchteten Mini-Gehirn-Organoiden lässt sich die Entwicklung unseres Gehirns in den ersten Lebenswochen eines Embryos nachbilden. Aus welchen Zellen wird das bewerkstelligt?

Lehner: Die Mini-Gehirne und andere Organoide werden aus embryonalen Stammzellen (ES) oder auch aus induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) produziert. Embryonale Stammzellen werden nach einer In-vitro-Befruchtung aus überzähligen Embryonen hergestellt, iPS mit gentechnischen Methoden aus bestimmten Körperzellen, zum Beispiel Hautzellen von erwachsenen Menschen.

Was ist der Nutzen aus solchen Mini-Hirnen?

Lehner: Organoide sind in der Grundlagenforschung wichtig zur Erforschung, wie Organbildung normalerweise gesteuert wird und bestimmte genetische Veränderungen oder toxische Substanzen zu Störungen führen. Ausserdem kann die Giftigkeit von Medikamenten, Gebrauchschemikalien und Nahrungsmitteln für menschliche Organe besser abgeschätzt werden.

Wie verlässlich sind denn solche Stammzellen programmierbar?

Lehner: In unserem Körper gelingt die Programmierung sehr zuverlässig. In der Kulturschale klappt das bei bestimmten Zelltypen ebenfalls schon sehr gut. Aber damit sind bei weitem noch nicht alle Hürden für regenerative Stammzelltherapien überwunden.

Warum nicht?

Lehner: Im Falle von Stammzellen mit genetischen Unterschieden zum Patienten kommt es zum Beispiel zu immunologischen Abstossungsreaktionen. Die Herstellung von patientenspezifischen Stammzellen ist inzwischen möglich. Aber es kann nicht ausgeschlossen werden, dass diese bei der Herstellung möglicherweise zuweilen in einer Art und Weise beschädigt werden, die im Patienten zu mehr Schaden als Nutzen führen würde.

Trotzdem sind Stammzellen und die moderne Biomedizin für viele ein Hoffnungsträger. Andere fürchten sich davor, wie man im Fall der Präimplantationsdiagnostik sieht. Wo sehen Sie Chancen und Gefahren?

Lehner: Die Entschlüsselung des menschlichen Erbgutes, also die Ermittlung der Basensequenz der Erbsubstanz, ist eine wichtige Grundlage für weiterführende Forschungsarbeiten. Aus denen werden sich bessere Behandlungsmöglichkeiten bei vielen medizinischen Problemen ergeben. Die Therapieerfolge werden langsamer kommen als oft angekündigt. Aber dennoch schneller als das Tempo des gesellschaftspolitischen Diskurses bei kontroversen Anwendungen.

Christian Lehner Institut für molekulare Lebenswissenschaften der Uni Zürich (Bild: pd)

Christian Lehner Institut für molekulare Lebenswissenschaften der Uni Zürich (Bild: pd)