Stammzelle

Neben der Gewinnung von ES-Zellen aus IVF-Blastozysten ist auch eine Gewinnung von ES-Zellen durch Klonen von Embryonen möglich. Grundlage für diese Möglichkeit war das erste erfolgreiche Klonen eines Säugetiers im Jahr 1996, des Schafs „Dolly“. Unter Nutzung dieser Technik kann durch Übertragung des Zellkerns aus einer Körperzelle in eine unbefruchtete, von der inneren Zellmasse befreite Eizelle ein früher Embryo entstehen, aus dem ES-Zellen angelegt werden können. Die Methode hätte bei der Anwendung auf den Menschen den Vorteil, dass mit dem Spender genetisch (und damit immunologisch) identische ES-Zellen zur Verfügung stünden.

Die Forschung an embryonalen Stammzellen gelang auch durch gefälschte Ergebnisse in den Fokus der Öffentlichkeit: Im Jahr 2004 publizierte das Forschungsteam um den südkoreanischen Tiermediziner Hwang Woo-suk, es sei erstmals gelungen, einen menschlichen Embryo zu klonen und auf diese Weise Stammzelllinien zu gewinnen (Therapeutisches Klonen). 2005 folgte eine Publikation, ebenfalls in der angesehenen Fachzeitschrift Science, der zufolge die weltweit ersten maßgeschneiderten embryonalen Stammzellen für schwerstkranke Patienten etabliert worden seien. Beide Publikationen stellten sich als weitgehend gefälscht heraus.

Einen möglichen Durchbruch im Therapeutischen Klonen von Primaten stellen die erstmals im Juni 2007 vorgestellten Ergebnisse eines US-amerikanischen Forscherteams um Shoukhrat Mitalipov dar.[7] Dem Team gelang es, Rhesusaffen zu klonen und aus den erhaltenen Embryonen zwei Linien embryonaler Stammzellen zu gewinnen. Angewandt wurde dabei das gleiche Verfahren wie bei dem Schaf „Dolly“. Diese Ergebnisse wurden am 14. November 2007 von unabhängiger Seite bestätigt.[8]

Die Art der Gewinnung menschlicher embryonaler Stammzellen (abgekürzt oft: hES-Zellen; h = human) nach In-vitro-Fertilisation führte zu einer hitzigen, bis heute andauernden ethischen Debatte.

Die Verwendung von menschlichen embryonalen Stammzellen in der Forschung und Medizin wird von einem Teil der Gesellschaft abgelehnt, da zu ihrer Gewinnung die Zerstörung von frühen menschlichen Embryonen erforderlich ist („verbrauchende“ Embryonenforschung). Grundsätzlich geht es bei der Diskussion in Deutschland vor allem um die Frage, ob der frühe Embryo als menschliches Wesen unter den Würdeschutz des Grundgesetzes fällt und damit sein Leben keinerlei Abwägungen unterliegen dürfe. Die Gegner der Stammzellenforschung bemühen dabei oftmals die so genannten SKIP-Argumente, um von ihrer Position zu überzeugen.[9] Die Befürworter der Forschung an embryonalen Stammzellen führen hingegen häufig das Argument des möglicherweise sehr hohen positiven Potentials der Forschung mit humanen embryonalen Stammzellen ins Feld: Die Wissenschaftler erhoffen sich unter anderem eine Heilung schwerer Krankheiten (Parkinson-Krankheit, Diabetes mellitus, Querschnittlähmung) sowie die Möglichkeit, zerstörte Organe nachwachsen zu lassen. Konkrete Hinweise auf solche therapeutischen Erfolge gibt es allerdings zum gegenwärtigen Zeitpunkt lediglich aus Tierexperimenten mit Nagern.

Die Deutsche Bischofskonferenz (katholisch) vertritt die Meinung, dass menschliches Leben ab der Befruchtung der Eizelle vorliege. Dementsprechend gebühre dem Menschen ab der Befruchtung eine Würde, die eine Zerstörung der befruchteten Eizelle verbiete.[10] Ebenso äußerte sich die Kongregation für die Glaubenslehre unter Joseph Ratzinger 1987 in der Instruktion Donum Vitae.[11] Papst Johannes Paul II. äußerte sich u. a. hierzu in der Enzyklika Evangelium vitae 1995 und griff die entsprechenden Aspekte der Fragestellung aus Donum Vitae auf.[12] Die päpstliche Akademie für das Leben gab 2000 eine entsprechende Erklärung heraus, die sich insbesondere mit technischen Fragen der Stammzellforschung auseinandersetzt.[13] Eine der letzten katholischen Stellungnahmen diesbezüglich war die Erklärung Dignitas personae der Römischen Glaubenskongregation.[14]

Ebenso gibt es theologische Überzeugungen, dass bereits der frühe Embryo beseelt sei. Dieser Embryo habe eine Seele und stehe deshalb unter besonderem Schutz. Darauf Bezug nehmend weisen manche Befürworter der Stammzellforschung darauf hin, dass man im Anschluss an Thomas von Aquin in der katholischen Kirche bis in die Neuzeit glaubte, dass die Beseelung des Embryos schrittweise erfolge (Sukzessivbeseelung) und die höchste Form der Seele, die „anima intellectiva“, erst ca. drei Monate nach der Empfängnis übertragen werde. Endgültig hat die katholische Kirche erst in der Bulle Apostolicae Sedis (1869, unter Pius IX.) die Lehre von der vollen Menschwerdung am 80. Tag aufgegeben.

Die evangelische Kirche hingegen möchte die Dialogfindung unterstützen, um einen Konsens in dieser Frage zu finden. Einig sind sich die Vertreter der evangelischen Kirche darüber, dass für die Isolierung embryonaler Stammzellen keine Embryonen hergestellt werden dürfen. Zur Frage der generellen Verwendung von schon bestehenden embryonalen Stammzellen hat sie bisher noch nicht Stellung bezogen; sie möchte die Grundlagenforschung an embryonalen Stammzellen „so schnell wie möglich hinter sich lassen“.[15]

Beim Streit um den moralischen Status des Embryos werden zusammengefasst und ergänzt unter anderem folgende Zeitpunkte[16] diskutiert:

• Moment der Empfängnis (Kernverschmelzung)
• Differenzierung von Embryo und Plazenta
• Zeitpunkt, ab dem eine Mehrlingsbildung ausgeschlossen ist
• Nidation
• Erste Ausbildung von Hirnzellen
• Geburt
• Erste Wochen nach der Geburt

Menschliche embryonale Stammzellen, für deren Gewinnung Embryonen zerstört werden müssen, so der Europäische Gerichtshof (EuGH) am 18. Oktober 2011, dürfen nicht patentiert werden, da es sich bei befruchteten Eizellen bereits um menschliches Leben handle. Mit diesem Urteil entschied der EuGH einen Patentstreit zwischen dem Neurobiologen Oliver Brüstle und Greenpeace.[17]

Nach dem Embryonenschutzgesetz ist es in Deutschland verboten, menschliche Embryonen (also auch Blastozysten, die als Quelle für embryonale Stammzellen dienen) für Forschungszwecke herzustellen, zu klonen oder zu zerstören. Die Forschung an importierten embryonalen Stammzellen ist jedoch unter Auflagen möglich und wurde zunächst durch das Stammzellgesetz vom Juli 2002 geregelt. Dieses Gesetz und insbesondere die darin enthaltene Regelung, dass nur embryonale Stammzellen nach Deutschland importiert werden durften, die vor dem 1. Januar 2002 gewonnen worden waren (Stichtagsregelung), war von Beginn an umstritten. Im Frühjahr 2008 debattierte der Deutsche Bundestag über eine Novellierung des Stammzellgesetzes, in der neben der Verschiebung des Stichtages auch die völlige Freigabe des Imports sowie das Verbot der Stammzellforschung mit embryonalen Stammzellen in Gruppenanträgen vorgeschlagen wurde.[18] Am 11. April 2008 beschloss der Deutsche Bundestag einen neuen Stichtag, so dass nun Stammzellen importiert werden dürfen, die vor dem 1. Mai 2007 gewonnen wurden.[19]

Das Robert Koch-Institut führt gemäß § 11 Stammzellgesetz (StZG) ein öffentlich zugängliches Register. Dieses enthält Angaben zu genehmigten Forschungsvorhaben nach dem StZG und zu den humanen embryonalen Stammzell-Linien enthalten sind, deren Import und Verwendung genehmigt worden ist.[20]

In Österreich ist die Forschung an importierten pluripotenten embryonalen Stammzellen nach geltendem Recht ohne Einschränkungen erlaubt. Dies gilt auch für das therapeutische Klonen. Verboten wäre jedoch gemäß § 9 des Fortpflanzungsmedizingesetzes die Gewinnung von embryonalen Stammzellen, sofern diese in Österreich stattfände. Die Verwendung von totipotenten Stammzellen ist nur zu Zwecken der Fortpflanzung erlaubt.[21]

In Polen wird die Forschung an menschlichen Embryonen bestraft, wenn diese zur Zerstörung des Embryos in vitro führt. Dies wird mit der Abtreibung gleichgesetzt und kann mit Freiheitsstrafen von bis zu drei Jahren geahndet werden. Zur Forschung mit embryonalen Stammzellen aus dem Ausland gibt es keine bindende gesetzliche Regelung. Zurzeit gilt die Richtlinie vom 13. Januar 2004; sie besagt, dass „Forschung an embryonalen Stammzellen nur dann zugelassen werden sollte, wenn sie die Rettung menschlichen Lebens zum Ziel hat.“[22] Hier bietet die Definition des „menschlichen Lebens“ jedoch viel Interpretationsspielraum.

In der Schweiz dürfen Wissenschaftler aus überzähligen menschlichen Embryonen (das heißt aus solchen, die in der Fortpflanzungsmedizin keine Verwendung finden) Stammzellen gewinnen und mit den Zellen forschen. Der Schweizer Bundesrat verabschiedete im Februar 2005 ein entsprechendes Gesetz, nachdem sich zuvor in einer Volksabstimmung mehr als 66 Prozent der Schweizer Wähler für dieses Gesetz ausgesprochen hatten.[23] Voraussetzung gemäß Art. 5 ff. Stammzellforschungsgesetz ist, dass die Einwilligung des Spenderpaares vorliegt, die Spende unentgeltlich erfolgt und keine der Personen, für deren Forschungsprojekt die Zellen gewonnen werden, am Fortpflanzungsverfahren beteiligt war. Das Klonen von menschlichen Zellen ist verboten.

In Großbritannien ist sowohl die Erzeugung von menschlichen embryonalen Stammzellen als auch das Klonen menschlicher Embryonen zu Forschungszwecken erlaubt.

In den USA wurde die Forschung an embryonalen Stammzellen mit öffentlichen Mitteln des Bundes bis Ende 2009 nur gefördert, wenn die verwendeten Stammzelllinien schon vor August 2001 existierten. Im Juli 2006 hatten der US-Senat und das Repräsentantenhaus zwar für eine Aufhebung dieser Einschränkung gestimmt; dagegen hat Präsident Bush jedoch sein Veto eingelegt.[24][25][26] Für die Forschungsförderung der Bundesstaaten und für privat finanzierte Forschung hatte diese Einschränkung allerdings keine Gültigkeit.[27] Daher konnte Kalifornien 2004 in einer Volksabstimmung beschließen, die embryonale Stammzellforschung mit drei Milliarden Dollar zu fördern.[28] Im März 2009 hatte Präsident Obama angekündigt, dass er die Stammzellenforschung wieder mit Staatsgeldern fördern wolle. Diese Ankündigung wurde im Dezember 2009 durch die zuständigen Behörden umgesetzt, indem sie die Nutzung von zunächst 13 Linien embryonaler Stammzellen freigaben.[29] Im August 2010 wurde diese Förderung von einem US-Gericht wieder blockiert, da sie gegen ein Gesetz verstoße, das die Zerstörung menschlicher Embryonen verbietet.[30]

Während embryonale Stammzellen nur im frühen Embryo vorkommen, sind adulte (vom lateinischen für erwachsen, auch somatisch genannte) Stammzellen im Organismus nach der Geburt (postnatales Stadium) vorhanden. Aus diesen Zellen werden während der gesamten Lebensdauer des Organismus neue spezialisierte Zellen gebildet. Adulte Stammzellen, die in Organen (besonders im Knochenmark, in der Haut, aber auch im Fettgewebe, in der Nabelschnur und im Nabelschnurblut, im Menstruationsblut,[31] im Gehirn, der Leber oder der Bauchspeicheldrüse) zu finden sind, haben aber im Allgemeinen in Zellkultur ein deutlich geringeres Selbsterneuerungsvermögen und ein eingeschränkteres Differenzierungspotential als embryonale Stammzellen. So können sich neurale Stammzellen zu allen Zelltypen des Nervengewebes (Neuronen, Glia etc.), wohl aber nicht zu Leber- oder Muskelzellen entwickeln. Ein Keimblatt-überschreitendes Differenzierungspotential bestimmter Stammzelltypen (Fähigkeit zur Transdifferenzierung) wurde in verschiedenen Studien beobachtet, ist jedoch höchst umstritten.

Adulte Stammzellen sind in jedem Individuum verfügbar, so dass die Perspektive des Ersatzes durch körpereigene, d. h. autologe Zellen gegeben ist und sie sich dadurch für die Technik des Tissue Engineering anbieten. Auch scheint die Neigung zur malignen Entartung bei Implantation adulter Stammzellen geringer zu sein als bei embryonalen Stammzellen. Eine Entartung konnte bei der klinischen Verwendung von adulten Stammzellen bisher nicht beobachtet werden.

Die Gewinnung von adulten Stammzellen und von Progenitorzellen aus dem Knochenmark erfolgt mittels Punktion des Beckenknochens unter Vollnarkose oder neuerdings verstärkt mittels der Stammzellapherese. Die Gewinnung von Nabelschnurblutstammzellen erfolgt nach der Abnabelung des Kindes, durch die Entnahme des restlichen, noch in Nabelschnur und Plazenta befindlichen Bluts. Die Gewinnung von multipotenten Stammzellen aus der Haut erfolgt mittels einer kleinen Hautbiopsie in örtlicher Betäubung im ambulanten Bereich. Danach werden die Stammzellen aus dem Gewebeverband gelöst und stehen zur weiteren Verwendung oder der Lagerung über viele Jahre als Vorsorge, wie schon heute von deutschen Unternehmen angeboten, zur Verfügung.

Im Rahmen einer normalen Eigenblutspende können zirkulierende Endotheliale Vorläuferzellen gewonnen werden. Das Potential dieser autologen (körpereigenen) Vorläuferzellen für die Therapie von Herz- und Gefäßerkrankungen wird derzeit in klinischen Studien untersucht. Der Vorteil der Verwendung autologer Vorläuferzellen liegt in der fehlenden Immunogenität, d. h. die transplantierten Zellen werden vom Immunsystem nicht als fremd erkannt.

Der niederländische Immunologe und Molekularbiologe Hans Clevers hat 2009 ein Verfahren zur Vermehrung adulter Stammzellen entwickelt, mit dem er rudimentäre Organe im Miniaturformat (sogenannte Organoide) züchten kann, wofür er im September 2016 den mit 750.000 Euro dotieren Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft erhielt.[32][33] Der Preisträger interessiert sich besonders für die Signale, die Stammzellen zur Teilung anregen. Mittels eines von ihm entdeckten Rezeptors (Lgr5), der nur bei Stammzellen vorkommt, konnte er diese aus entnommenem Darmgewebe isolieren.[34] Im Jahr 2013 war Clevers in der Lage, Darm-Stammzellen von Patienten, die an der Erbkrankheit Mukoviszidose leiden, mithilfe des Genome Editing von diesem Gendefekt zu befreien.[35]

Kazutoshi Takahashi und Shinya Yamanaka von der Universität Kyōto und Forscher von der Universität Wisconsin berichteten 2006 bzw. 2007 in Cell und Science, es sei ihnen gelungen, Körperzellen erwachsener Menschen in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) umzuwandeln.[36] Dabei seien vier zentrale, ruhende Entwicklungsgene in den Zellen aktiviert worden, so dass sie in eine Art embryonalen Zustand zurückversetzt wurden. Aus den künstlich reprogrammierten Stammzellen konnten die Forscher in der Petrischale gereifte Zellen, z. B. Herzmuskel- und Nervenzellen, heranzüchten.[37][38]

Zur erstmaligen Reprogrammierung wurden die Gene Oct-4, Sox-2, c-Myc und Klf-4 mit Retroviren in die Zellen geschleust (Transduktion). Im Tierversuch entwickelte ein Fünftel der verwendeten Mäuse Tumoren, vermutlich, weil zwei der verwendeten Gene krebsfördernd sein können (sog. Protoonkogene). Um bei medizinischer Anwendung ein Risiko durch eingebrachte krebsfördernde Gene auszuschließen, werden alternative Methoden zur Reprogrammierung gesucht. Geforscht wird u. a. an kleinen Molekülen (z. B. Peptiden), die die natürlich im Erbgut der Zelle vorkommenden Stammzellgene aktivieren.[39] Um eine Tumorbildung zu vermeiden, versuchen Forscher außerdem die Methode der Geneinschleusung mit Retroviren und die Nutzung der Protoonkogene c-Myc und Klf-4 zu vermeiden, indem die Einschleusung mit nicht-integrierenden Adenoviren und alternativen Genen (Nanog, lin-28) durchgeführt wird.[40][41]

Im Gegensatz zu Retroviren wird die gewünschte Gensequenz durch Adenoviren nicht in das Genom der Wirtszelle integriert, womit die Integrität des Wirtsgenoms erhalten bleibt.

Darüber hinaus ist es gelungen, iPS-Zellen durch Transfektion nur eines Pluripotenzgens aus Zellen zu erzeugen, die die übrigen drei Gene natürlich exprimieren.[42]

Im Dezember 2007 berichteten Forscher um Jacob Hanna vom Whitehead Institute for Biomedical Research im US-amerikanischen Cambridge, dass es gelungen sei, mit iPS-Zellen Mäuse zu heilen, die an Sichelzellenanämie gelitten hatten. In den aus dem Schwanz mittels Reprogrammierung gewonnenen iPS-Zellen ersetzten die Forscher das veränderte Gen, welches die Sichelzellenanämie auslöst durch die gesunde Erbanlage mittels homologer Rekombination. Aus den so behandelten Stammzellen wurden blutbildende Vorläuferzellen gezüchtet, die sich zu verschiedenen Blutzellen und Zellen des Immunsystems weiterentwickeln können. Die Vorläuferzellen wurden in die erkrankten Mäuse transplantiert, wo sie offenbar zu gesunden Blutzellen heranwuchsen. Wie das Team berichtet, verschwanden die Symptome der Versuchstiere durch die Behandlung nahezu vollständig.[43] Diese und verwandte Veröffentlichungen sind allerdings mit gewissem Vorbehalt zu betrachten. Es sind mehrere unklare Angaben zu Proteinen, zur zellulären Biochemie und zu Zellprozessen zu finden, wie z. B. zum Homöoboxprotein NANOG oder zu c-Myc bezüglich Krebsentstehung.

In Deutschland forschen u. a. Hans Schöler, Direktor am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster und Oliver Brüstle, Direktor des Instituts für Rekonstruktive Neurobiologie der Universität Bonn über iPS-Zellen. Die beiden Wissenschaftler leiten gemeinsam das Netzwerk Stammzellforschung NRW.[44] Ihre Erwartungen richten sich aus der Stammzellforschung heraus auf die Entwicklung von Medikamenten, die sie mittelfristig als besonders vielversprechend ansehen.