Mehreren Forschergruppen ist es unabhängig voneinander gelungen, Körperzellen in Stammzellen umzuwandeln ohne Zugabe der bis dahin erforderlichen Viren und schließlich sogar ohne Hinzufügen von Genen.

©  vfa / Martin Joppen


Als Alternative zur Gewinnung von Stammzellen aus Embryonen konnten bereits im Jahr 2006 sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) hergestellt werden. Die Zellen werden dabei mit Hilfe bestimmter Gene so reprogrammiert, dass sie wieder die für Stammzellen typischen Eigenschaften aufweisen und sich anschließend in verschiedene Zelltypen weiterentwickeln können. Zunächst wurden vier Gene (c-Myc,Klf4, Oct4 und Sox2), dann zwei und schließlich sogar nur noch eins (Oct4) benötigt, um die Körperzellen in Stammzellen „umzuschulen“ und quasi in einen verjüngten Zustand zu versetzen, sodass sie sich anschließend wie embryonale Stammzellen verhalten. Um die Gene in die Zellen zu bringen, waren sogenannte „Genfähren“ erforderlich. Hier kamen vor allem Retroviren zum Einsatz, die ihrerseits aber nicht ohne Risiken sind, da sie zur Tumorbildung führen können.

Damit eine spätere medizinische Anwendung der reprogrammierten Stammzellen möglich ist, fokussierten sich deshalb viele Forschungsteams auf eine virusfreie Reprogrammierung von Körper- zu Stammzellen. Britische und kanadische Wissenschaftler haben vor kurzem unabhängig voneinander berichtet [1],[2], dass sie die für die Reprogrammierung erforderlichen Gene nicht mittels eines Virus, sondern mit Hilfe eines Plasmids als Genfähre in Bindegewebszellen von Mäusen und Menschen einschleusen konnten. Plasmide sind kleine, meist ringförmige DNA-Moleküle. Sie kommen in der Natur in Bakterien vor und sind im Reagenzglas wichtige Werkzeuge in der Molekularbiologie und Genetik, da sie als Vektoren für Gene verwendet werden können. Die Forschergruppen konnten nachweisen, dass sie mit dieser virus-freien Methode erwachsene Zellen zu pluripotenten Stammzellen reprogrammieren konnten.

Die Forscher haben zudem auch noch ein Transposon mit in die Zellen eingeschleust. Transposons sind natürlicherweise vorkommende Abschnitte im Erbgut, die ihre Position im Genom verändern – also springen – können. Man spricht bei einem Transposon deshalb auch von einem springenden Gen. Durch das Transposon wurden die Gene effizienter in das Erbgut der Zielzelle eingebaut. Da einige dieser Gene selbst möglicherweise ein Entartungsrisiko für die Zellen darstellen, wurde gleichzeitig an dem Wiederherausschneiden der Gene nach erfolgter Reprogrammierung gearbeitet. Dies ist bei den Mäusezellen bereits gelungen, da die Genfähre zusätzlich mit dem Gen für das Enzym Transposase ausgestattet worden war, welches zum Herausschneiden der Gene erforderlich war.

Einen weiteren Fortschritt konnte ein Team aus deutschen und kalifornischen Stammzellforschern erzielen [3], denen es gelungen ist, die Reprogrammierung von jungen Hautzellen der Maus allein durch die Zugabe von Proteinen zu erreichen, ohne die entsprechenden Gene in die Zellen einzuführen. Bei diesen so erzeugten Stammzellen spricht man demzufolge von piPS-Stammzellen (Protein-induzierte pluripotente Stammzellen). Um die Aufnahme der Proteine in die Mauszellen zu ermöglichen, haben die Forscher ein kleines Peptid (kurzes Pro-teinstück) an die Proteine gebunden und somit den Transfer durch die Zellmembranen ermöglicht. Kurze Zeit später ist es einer weiteren Forschergruppe gelungen [4], piPS aus menschlichen Zellen zu erzeugen.

Stammzellen könnten eines Tages im Rahmen von Individualtherapien bei Krankheiten wie Parkinson, Diabetes, aber auch bei der Regeneration von Nervenverbindungen z. B. bei querschnittsgelähmten Menschen zur Anwendung kommen. Darüberhinaus liegt ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich von Stammzellen nicht am Menschen, sondern im Labor in der Medikamentenentwicklung: Mit Hilfe von Stammzellen können neue Zielmoleküle aufgespürt sowie toxikologische Prüfungen durchgeführt werden. Die intensiven Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Stammzellforschung fußen dabei auf modernsten molekularbiologischen Methoden, die für eine weitere Erforschung des Stammzellpotenzials unerlässlich sind.


Literaturtipps:

1 Woltjen et al., piggyBac transposition reprograms fibroblasts to induced pluripotent stem cells, Nature, 2009, Volume 458, pp. 766-770

2 Kaji et al., Virus-free induction of pluripotency and subsequent excision of repro-gramming factors, Nature, 2009, Volume 458, pp. 771-775

3 Zhou et al., Generation of Induced Pluripotent Stem Cells Using Recombinant Proteins, Cell Stem Cell, 2009, Volume 4, pp. 381-384

4 Kim et al., Generation of Human Induced Pluripotent Stem Cells by Direct Delivery of Reprogramming Proteins, Cell Stem Cell, 2009, Volume 4, pp. 472-476


Stand: 07.07.2009