Kerntransfer – optimale Stammzellen für die Medizin?

Mediziner wollen Krankheiten mit körpereigenen Zellen heilen. Pluripotente Stammzellen könnten diesen Traum erfüllen, aber welche sind besser geeignet: iPS-Zellen oder Stammzellen, die durch Kerntransfer erzeugt wurden?

Embryonale Stammzelllinien gelten als Goldstandard in Forschung und Medizin, alle im Labor erzeugten Stammzellen werden an ihnen gemessen. Je ähnlicher, desto besser – so ein verbreitetes Dogma. Doch für eine medizinische Anwendung sind noch andere Faktoren wichtig.

Momentan gibt es zwei anerkannte Methoden, um pluripotente Stammzellen im Labor zu erzeugen – Kerntransfer und iPS-Zelltechnologie. iPS-Zellen sind wesentlich einfacher herzustellen, doch manche Studien deuten darauf hin, dass das Erbgut dieser Zellen Schäden aufweist. Ist also ein Kerntransfer – mit dem auch das Klonschaf Dolly erzeugt wurde – die bessere Methode?

Dem Labor von Shoukhrat Mitalipov im US-amerikanischen Portland gelang im Jahr 2013 ein lang erhoffter Durchbruch: Sie transferierten den Kern einer menschlichen Körperzelle in eine entkernte Eizelle, ließen diese zu einer frühen Form des Embryos heranwachsen, und erzeugten aus dieser Blastozyste schließlich embryonale Stammzelllinien.

Bis dahin gab es nur eine Methode, um pluripotente Stammzellen im Labor herzustellen. Der spätere Nobelpreisträger Shinya Yamanaka hatte 2006 erstmals Körperzellen umprogrammiert, indem er deren Genaktivität durch die Injektion von vier Faktoren manipulierte. Diese iPS-Zellen galten bislang als einzige Alternative zu den ethisch umstrittenen embryonalen Stammzellen.

Jetzt haben Mitalipov und seine Kollegen die Erbinformation dieser drei Stammzellarten gründlich analysiert. Die Forscher nahmen menschliche Hautzellen als Ausgangspunkt und erzeugten aus ihnen pluripotente Stammzellen – einmal durch Kerntransfer und einmal durch die iPS-Zelltechnologie (beide Zelllinien sollten also genetisch weitgehend identisch sein). Und sie erzeugten aus künstlich befruchteten Eizellen noch embryonale Stammzelllinien, die als Vergleichs-Standard dienten.

Die erste Fragestellung: Finden sich Schäden im Erbgut? Hier gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen Kerntransfer- und iPS-Zellen, in beiden fanden sich durchschnittlich ein bis zwei Genomschäden (sogenannte copy number variations) pro Zelllinie. Bei beiden Methoden entstanden zudem Zelllinien, in denen gar keine Schäden nachweisbar waren – eine sorgfältige Auswahl der Linien kann also Erbgutschäden auf ein Minimum reduzieren (Punktmutationen wurden allerdings nicht analysiert).

Zweite Frage: Was passiert mit den epigenetischen Mustern? Epigenetische Markierungen verändern zwar nicht das Erbgut, regulieren aber die Aktivität von Genen. Im Idealfall wird bei der Umprogrammierung das epigenetische Gedächtnis vollständig gelöscht – die entstandenen Stammzellen können sich dann ungehindert in alle anderen Zellen verwandeln. Hier hatten die Kerntransfer-Zellen eindeutig die Nase vorn: Die epigenetischen Muster glichen weitgehend denen der embryonalen Stammzellen, sie waren also vollständig umprogrammiert. Bei iPS-Zellen hingegen fanden sich einige epigenetische Markierungen, die noch von der Ausgangszelle herstammten.

Die letzte Frage betraf die Genaktivität. Hier zeigten sich die Auswirkungen der unvollständigen epigenetischen Reprogrammierung: Etwa 200 Gene in den iPS-Zellen verhielten sich anders als ihre Gegenstücke in embryonalen Stammzellen. In den Kerntransfer-Zellen traf das nur auf knapp 40 Gene zu.

Das Fazit: Kerntransfer-Zellen verhalten sich sehr ähnlich wie embryonale Stammzellen, iPS-Zellen hingegen weisen deutliche Abweichungen auf. Und daraus zieht Mitalipov den Schluss, das Kerntransfer-Zellen ideal für medizinische Anwendungen sind.

Doch diese Schlussfolgerung beruht allein auf den genetischen Analysen, andere Faktoren lässt Mitalipov dabei außer Acht. So hat er nicht gezeigt, dass diese epigenetischen Abweichungen auch die Funktion der Zellen verändern. Für eine Anwendung in der Medizin müssen sich die Stammzellen in spezialisierte Gewebe verwandeln – ein Prozess, der die epigenetischen Muster noch einmal kräftig durcheinander wirbelt. Können da kleinere anfängliche Abweichungen überhaupt messbare Auswirkungen haben?

Weiterhin braucht man für einen Kerntransfer viele menschliche Eizellen – diese sind rar und mit großem Aufwand verbunden. Frauen, die Eizellen spenden, setzen sich einer mehrtägigen Behandlung aus, die auch gesundheitlich nicht unproblematisch ist (von den ethischen Problemen ganz zu schweigen). iPS-Zellen sind hier ganz eindeutig die einfachere Variante.

Und letztlich: Embryonale Stammzellen gelten zwar als Goldstandard, aber warum eigentlich? Selbst wenn wir ignorieren, dass auch diese Zellen letztlich ein Labor-Artefakt sind – ihr scheinbar ursprünglicher Zustand ist nicht unbedingt mit einem hohen therapeutischen Nutzen gleichzusetzen. Noch hat niemand gezeigt, dass embryonale Stammzellen in der Medizin allen anderen Zellen überlegen sind.

Diese Studie liefert einen wichtigen Beitrag zur Diskussion, auf welche Stammzellen die regenerative Medizin zurückgreifen sollte. Aber mit seiner Schlussfolgerung hat es sich Mitalipov etwas zu einfach gemacht. Genetische Ursprünglichkeit ist ein wichtiger Faktor, aber nur einer unter vielen.

Quellen:
Ma et al., Nature 2014: Abnormalities in human pluripotent cells due to reprogramming mechanisms

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