Neue Folge: Tollwut – Louis Pasteur und die erste Impfung

BiOfunk (44): Medizin der Zukunft – Über die Herstellung von Stammzellen

Pluripotente Stammzellen sind Alleskönner. Sie können sich praktisch zu jedem Zelltyp im menschlichen Körper entwickeln. Damit haben Wissenschaftler ein Werkzeug in der Hand, um Krankheiten zu behandeln und zu heilen. Doch die Herstellung der Stammzellen war bis vor kurzem ein Problem. Denn die embryonalen Stammzellen konnte man nur durch ein umstrittenes Verfahren erzeugen. Das änderte sich im Jahr 2006. Der japanische Wissenschaftler Shinya Yamanaka entwickelte ein Verfahren, mit dem menschliche Körperzellen in Stammzellen umgewandelt werden können. Im BiOfunk betrachten wir, wie Yamanaka das schaffte. Und was man eigentlich unter Stammzellen versteht …

Aus pluripotenten Stammzellen können alle Zelltypen des Körpers entstehen. Embryonale Stammzellen haben pluripotente Eigenschaften (Abb. 1). Doch die Technik zur Gewinnung embryonaler Stammzellen ist nicht unumstritten. Denn durch die Entnahme der Zellen wird der Embryo zerstört. Wobei dieser Embryo nicht vergleichbar ist mit einem Embryo wie man ihn vielleicht vor Augen hat. Mit Kopf, Armen, Beinen usw. In diesem frühen Stadium ist es eine Ansammlung undifferenzierter Zellen. Dennoch wird dieser frühe Embryo dabei zerstört. Und das kann man aus ethischen Erwägungen heraus ablehnen. Doch woher soll man dann pluripotente Stammzellen für die Zelltherapie bekommen?

Stem cells diagram

Abb. 1: Gewinnung von pluripotenten Stammzellen aus einem frühen Embryo im Blastocyten-Stadium

Stammzellen haben die gleichen 20.000 Gene wie z.B. Muskelzellen. Nur werden die Gene unterschiedlich abgelesen. Wissenschaftler haben untersucht, welche Gene nur in Stammzellen abgelesen werden. Sie kamen auf mindestens 25 Gene, die in Stammzellen stark abgelesen werden, in allen anderen Körperzellen dagegen kaum. Was wäre, wenn man diese Gene in einer spezialisierten Körperzelle wieder einschaltet? Entsteht dann aus der Körperzelle wieder eine Stammzelle? Genau diese Frage wollte Yamanaka beantworten. Er entwickelte ein Verfahren zur Gewinnung von Stammzellen aus differenzierten Körperzellen.
Die so hergestellten Zellen bezeichnet man als induzierte pluripotente Stammzellen, kurz iPS (Abb. 2). Sie haben ähnliche Eigenschaften wie embryonale Stammzellen. Mit dem wichtigen Unterschied, dass deren Gewinnung aus ethischer Sicht weniger problematisch ist. Schließlich müssen dabei keine Embryonen zerstört werden.
Dieser Durchbruch gelang im Jahr 2006. Mit dem von ihm entwickelten Verfahren hat Yamanaka die Gewinnung von Stammzellen revolutioniert (Abb. 3). Nur 6 Jahre später erhielt er dafür den Nobelpreis für Medizin.
Induzierte pluripotente Stammzellen sind wichtige Werkzeuge in der Grundlagenforschung. Und in der Zukunft sind sie möglicherweise ein wichtiger Baustein zur Behandlung schwerer Krankheiten wie Parkinson, Diabetes oder Alzheimer.

Induction of iPS cells

Abb. 2: Herstellung induzierter pluripotenter Stammzellen.
1: Vermehrung spezialisierter Körperzellen in Zellkultur; 2: Einbringen der Pluripotenz-Gene in die Zellen; 3+4: Umwandlung einiger Zellen in pluripotente Stammzellen.

Shinya yamanaka10

Abb. 3: Der japanische Wissenschaftler Shinya Yamanaka


Weitere Informationen

Nature: How iPS cells changed the world

Nature Education: A history lesson: induced pluripotent stem cells

Buchtipp: „Stem Cells – A Very Short Introduction“ von Jonathan Slack