Comeback des Klonens

 Im ersten Schritt des therapeutischen Klonens wird die Eizelle von einer Glaspipette festgehalten, während mit einer feineren zweiten Pipette das Erbgut herausgesaugt wird. Bild: Cell, Tachibana et al.
Im ersten Schritt des therapeutischen Klonens wird die Eizelle von einer Glaspipette festgehalten, während mit einer feineren zweiten Pipette das Erbgut herausgesaugt wird. Bild: Cell, Tachibana et al.
Es ist ein etwas unerwartetes Comeback: Ein US-Forscherteam vermeldet überraschend einen durchschlagenden Erfolg beim therapeutischen Klonen. Es gelang den Wissenschaftlern nicht nur, das Erbgut einer spezialisierten Körperzelle in eine leere Eizelle einzuschleusen und diese dann zum Wachsen anzuregen. Aus dem entstehenden Embryo gewannen sie dann auch noch die begehrten vielseitigen embryonalen Stammzellen – zum ersten Mal überhaupt. Sie haben also genau das geschafft, was dem südkoreanischen Wissenschaftler Woo-Suk Hwang im Jahr 2004 angeblich gelang – und was sich anschließend als vollständig gefälscht erwies. Dass das therapeutische Klonen nun offenbar doch in greifbare Nähe rückt, ist vor allem deswegen überraschend, weil die meisten Wissenschaftler mittlerweile auf eine andere Strategie zur Gewinnung der vielseitigen Stammzellen setzen: das Umprogrammieren bereits spezialisierter Körperzellen in eine Art embryonalen Zustand.
Lange Zeit ruhte die Hoffnung von Medizinern und Biowissenschaftlern auf dem therapeutischen Klonen, denn es eröffnet die Möglichkeit, gezielt embryonale Stammzellen zu züchten, die dazu noch für jeden Patienten maßgeschneidert werden können. Diese Zellen sind prinzipiell in der Lage, sich in jedes beliebige Gewebe verwandeln. Sie gelten daher als Hoffnungsträger für die Behandlung einer ganzen Reihe von bisher unheilbaren Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer, Herzkrankheiten oder Rückenmarksverletzungen.

Stammzellen von Mäusen, Schafen und Affen

Dass diese Form des Klonens prinzipiell möglich ist, haben bereits viele Studien an verschiedenen Tierarten gezeigt. Grundsätzlich verläuft die Methode immer gleich: Man entfernt den Zellkern einer Eizelle, ersetzt ihn durch den Kern einer bereits spezialisierten Körperzelle, meist einer Hautzelle, und regt die Eizelle anschließend dazu an, sich zu teilen. Auf diese Weise bildet sich ein Embryo, dessen Erbgut eine nahezu exakte Kopie des Körperzellen-Spenders ist und aus dem sich entsprechend genau passende embryonale Stammzellen gewinnen lassen.

Allerdings scheiterten bisher nahezu alle Versuche, diese Technik auch bei menschlichen Eizellen anzuwenden. Zwar gelang es einem US-Forscherteam im Jahr 2008, Embryonen in dem als kritisch geltenden Blastozystenstadium zu erzeugen, Stammzellen konnten sie jedoch nicht gewinnen. Da das therapeutische Klonen zudem ethisch umstritten ist – schließlich sterben die Embryonen bei der Stammzellentnahme –, ließ das Interesse daran in den vergangenen Jahren stark nach. Das lag allerdings auch daran, dass der Japaner Shin'ya Yamanaka anscheinend eine echte Alternative gefunden hat: Er konnte zeigen, dass es mit Hilfe einiger Chemikalien möglich ist, Hautzellen in stammzellartige Zellen, die sogenannten induzierten Pluripotenten Stammzellen oder iPS, umzuprogrammieren.

Ein neues Kapitel dank besserer Technik

Doch jetzt könnte sich das Blatt wieder wenden, denn Shoukhrat Mitalipov von der Oregon Health and Science University und seinen Kollegen ist offenbar wirklich ein Durchbruch gelungen: Sie konnten nicht nur problemlos die begehrten Stammzellen erzeugen, ihre Technik ist auch weit effizienter, als man jemals für möglich gehalten hatte. So benötigten sie für einen gelungenen Versuch lediglich zwei – allerdings qualitativ sehr hochwertige – gespendete Eizellen, und nicht mehrere Hundert, wie es bei bisherigen Ansätzen häufig nötig war.

Der Grund für diesen Erfolg sei gewesen, dass sie zuerst versucht hätten, die Vorgänge rund um den Kernaustausch so genau wie möglich zu verstehen und die Methode dann entsprechend zu optimieren, erläutert Mitalipov. Zugute kam ihm und seinen Kollegen dabei, dass sie bereits langjährige Erfahrung beim Klonen von Affen besaßen – Tieren, die sehr viel enger mit dem Menschen verwandt sind als Mäuse oder Ratten. Die dabei verwendeten Techniken seien also eine viel bessere Basis für die Optimierung gewesen als die bisher genutzten, so das Team.

Menschliche Eizellen sind nicht gleich Affen-Eizellen

Dennoch hat es einige Arbeit gekostet, die Methodik an die menschlichen Gegebenheiten anzupassen. So seien menschliche Eizellen beispielsweise viel empfindlicher als die von Affen, berichten die Forscher. Die meisten Versuche seien daran gescheitert, dass die zum Teilen angeregten Zellen bereits kurz nach dem Kernaustausch schlicht ihr Wachstum eingestellt hätten. Das konnten die Forscher umgehen, indem sie die Zellen gezielt in einem bestimmten Stadium – der sogenannten Metaphase – hielten, witzigerweise unter anderem durch Zugabe von Koffein. In dieser Phase ordnet sich das gesamte Erbgut in einer spindelartigen Struktur in der Mitte der Zelle an und kann so leicht entnommen werden. Auch scheint dieser Zustand das spätere Wachstum des Embryos zu unterstützen.

Auch schleusten sie anschließend nicht nur das Erbgut der Hautzelle in die leere Eizelle ein, sondern gleich die gesamte Zelle. Diese verschmolz anschließend vollständig mit der Eizelle, und der Kern übernahm problemlos den Platz des fehlenden. Den Aktivierungsschritt mussten sie ebenfalls verbessern: Es reichte nicht aus, den typischerweise verwendeten Cocktail an Wachstumsfaktoren und Co hinzuzugeben, sondern die Zellen mussten zusätzlich noch mit leichten Stromstößen angeregt werden.

Effizient und effektiv

Auf diese Weise erzeugten die Forscher nach eigenen Angaben derartig hochwertige Embryonen, dass sich aus nahezu allen die embryonalen Stammzellen gewinnen ließen. Diese hätten sich genetisch und biochemisch praktisch nicht von solchen unterschieden, die aus normalen, nicht geklonten Embryonen stammen, berichtet das Team. Zudem besaßen sie das Potenzial, sich in andere Gewebe zu verwandeln – unter anderem in voll funktionsfähige Herzmuskelzellen. Das therapeutische Klonen sei daher durchaus noch eine Option, betont Studienleiter Mitalipov. In gewisser Hinsicht scheine es der Umprogrammierung sogar überlegen zu sein, denn die iPS wiesen sehr viel mehr Anomalien und Probleme auf als die jetzt gewonnenen embryonalen Stammzellen.

Mitalipov ist übrigens sicher, dass er auch die ethischen Bedenken seiner Methode gegenüber ausräumen kann: Er sei fest davon überzeugt, dass die durch die neue Technik erzeugten Embryonen nicht lebensfähig seien. Zwar sei das noch nicht beim Menschen getestet worden, in den langjährigen Affenversuchen habe aber nicht ein einziger Embryo die frühen Entwicklungsstadien überlebt oder sei gar zu einem lebenden Tier herangewachsen. Offenbar sei die Methode also für das therapeutische, nicht jedoch für das reproduktive Klonen geeignet.
Masahito Tachibana (Oregon Health & Science University) et al.: Cell, Online-Vorabveröffentlichung, doi: 10.1016/j.cell.2013.05.006

© wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel


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