Zelllinien für alle

Stammzellbanken sollen die genetische Vielfalt verschiedener Bevölkerungsgruppen nutzen, um Medikamente noch umfassender auf toxische Wirkungen zu testen oder Ersatzgewebe zu züchten, das vom Empfänger nicht abgestoßen wird.

Eine der großen Hoffnungen der Medizin ist die Umprogrammierung von Zellen: Spezialisierte Körperzellen werden wieder in unspezialisierte Stammzellen verwandelt. Der Vorteil dieser „induzierten pluripotenten Stammzellen“ (IPS) ist, dass in ihnen die genetische Vielfalt von Individuen genutzt werden kann. Wie das gehen könnte, haben Stammzellforscher in der vergangenen Woche auf der Konferenz der International Society for Stem Cell Research in San Francisco skizziert: Sie wollen aus IPS von verschiedenen Menschen Stammzellbanken aufzubauen. Das Zellmaterial soll dann helfen, die Toxizität neuer Wirkstoffe an menschlichem Gewebe unterschiedlicher Herkunft zu testen. Auch könnte so ein biologisches Reservoir für Ersatzgewebe entstehen, auf das künftige Transplantationsbehandlungen zurückgreifen können.

Die ersten IPS wurden 2007 zeitgleich von den Stammzellforschern Shinya Yamanaka vom Gladstone Institute in San Francisco sowie von James Thomson und Junying Yu an der Universität von Wisconsin erzeugt. Da sie mittels chemischer Rückprogrammierung aus erwachsenen Körperzellen gewonnen werden, ließe sich womöglich auf die ethisch hoch umstrittenen Stammzellen aus Embryonen verzichten.

In den vergangenen drei Jahren haben Forscher IPS, die aus Patienten gewonnen wurden, dazu eingesetzt, die molekularen Mechanismen von Krankheiten wie Amyotropher Lateralsklerose (ALS) oder Parkinson zu studieren. Verschiedene Start-ups entwickeln bereits Verfahren, um IPS in Wirkstofftests als Versuchsmaterial einzusetzen.

Jeanne Loring vom Scripps-Forschungsinstitut in La Jolla, Kalifornien, arbeitet etwa an einer Stammzellbank für Toxizitätstests, in der Zellen von Afro-Amerikanern und Afrikanern lagern. Diese Bevölkerungsgruppen sind bekannt dafür, dass ihre Genome größere Unterschiede aufweisen als die aus anderen Weltregionen. Dabei schauen Loring und ihre Kollegen vor allem auf Variationen in den Enzymen, die medizinische Wirkstoffe in Zellen verarbeiten. Die Unterschiede können nämlich dazu führen, dass bei manchen Patienten ein Medikament – etwa gegen Depressionen – besser anschlägt als bei anderen.

Langfristig sollen IPS auch als Grundlage für Gewebetransplantationen dienen. Hierbei müssen die Gewebe von Empfänger und Spender, ebenso wie bei Organtransplantationen, genau zusammenpassen. Mit vollständig individualisierten Zelllinien zu arbeiten, hält Yamanaka aber für zu zeitaufwändig und teuer. Bis zu sechs Monate dauert es, um aus Körperzellen eines Patienten eine neue IPS-Zelllinie herzustellen. Bei manchen Verletzungen, zum Beispiel am Rückenmark, müsste Ersatzgewebe aber binnen weniger Tage zur Verfügung stehen.

Shinya Yamanaka baut deshalb eine Stammzellbank auf, die auf die genetischen Eigenheiten der japanischen Bevölkerung zugeschnitten ist. Dazu wertete sein Team Gewebeproben von 107 Freiwilligen aus. Für Abstoßungsreaktionen bei Transplantationen sind die Gene interessant, die bestimmte Moleküle an der Zelloberfläche – die so genannten Human-Leukozyten-Antigene (HLA) – kodieren. Je ähnlicher sich die HLA bei Gewebespender und -empfänger sind, desto geringer ist das Risiko, dass das neue Gewebe abgestoßen wird.

Die japanischen Stammzellforscher entdeckten unter den Probanden zwei Personen, deren HLA-Gene „homozygot“ sind. Das bedeutet, dass die beiden HLA-Gensätze, die jeweils vom Vater und von der Mutter stammen, identisch sind. Folge: Jeder Patient, der wenigstens einen seiner beiden HLA-Gensätze mit den beiden Probanden gemeinsam hat, kann von diesen Gewebe empfangen. Das traf auf ein Drittel aller Testpersonen zu. Nach Berechnungen der Yamanaka-Gruppe würden 50 verschiedene HLA-Typen ausreichen, um geeignete Gewebe-Zelllinien für 90 Prozent der japanischen Bevölkerung zu erzeugen.

Roger Pederson, Stammzell-Biologe an der Universität Cambridge in England, glaubt allerdings, dass es trotz einer solchen Quote nicht ganz ohne Immunsuppressiva – Mittel, die die Aktivität des Immunsystems verringern – geht. Denn auch bei winzigen Unterschieden in den HLA-Genen würde die Immunabwehr anspringen. „Dennoch ist dieser Ansatz besser, als für jeden Menschen eine eigene Zelllinie anzulegen“, sagt Pederson, der die Idee einer Stammzellbank erstmals 2005 vorschlug.

Ob dieser Ansatz des „Gene Matching“ auch bei Bevölkerungsgruppen funktioniert, die genetisch variantenreicher sind als Japaner, ist noch nicht klar. „Japaner sind eine ungewöhnlich homogene Bevölkerung“, sagt Jeanne Loring. Dass eine Gen-Analyse wie die von Yamanaka auch in den USA Erfolg hat, kann sie sich noch nicht recht vorstellen. Aufgrund der genetischen Vielfalt der amerikanischen Bevölkerung sei es nicht so wahrscheinlich, viele homozygote Erbanlagen zu finden.

Pedersons Gruppe verglich bereits 2005 die HLA-Typen aus den Organen von verstorbenen Spendern und Empfängern auf der britischen Warteliste für Transplantationen. Ergebnis: 150 Stammzelllinien könnten 85 Prozent der aufgelisteten Empfänger versorgen. Bei zehn der toten Spender waren die HLA-Gene homozygot – sie hätten zu 67 Prozent der Empfänger gepasst. Perderson selbst hat allerdings noch nicht mit dem Aufbau einer Stammzellbank begonnen, sondern feilt noch an dem richtigen Ansatz.

Abgesehen von Stammzellreservoiren im Nabelschnurblut von Neugeborenen – sie sind nicht so vielseitig einsetzbar wie IPS – stehen die Stammzellbanken noch am Anfang. Zudem sind mögliche Therapien mit IPS-Zellen noch nicht klinisch getestet worden. Eine weitere Schwierigkeit: Bislang gibt es bei existierenden IPS-Zellen noch ein geringes Risiko, dass sich bei der Entwicklung zu speziellem Gewebe Krebs ausbildet. „Wir können noch nicht abschließend sagen, welche Art der Umprogrammierung am besten ist“, schränkt Yamanaka ein. „Aber sobald wir dieses technische Problem gelöst haben, wäre es möglich, richtige Stammzellbanken anzulegen.“ (nbo)