Stammzellenforschung: Ersatzorgane in Tieren züchten

Der (Alb)Traum von der Mensch-Tier-Chimäre ist so nah wie nie

Es könnte auch ein Abschnitt aus Mary Shelley’s Frankenstein sein: In Tieren lassen Forscher menschliches Gewebe heranwachsen, um es Patienten zu implantieren, die eine neue Leber, Niere oder Herz brauchen. Defacto entstehen so Mischwesen aus Mensch und Tier – keine Fabelwesen wie der Centaurus, sondern Menschen und Tiere, denen man die Besonderheit auf den ersten Blick nicht einmal ansieht.

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Wenn in Tier-Embryonen menschliche Stammzellen injiziert werden, können Mischwesen aus Mensch und Tier entstehen. Forscher wollen so Ersatzorgane für Menschen züchten, die ein neues Herz oder eine neue Niere benötigen – ein guter Ansatz, jedoch ethisch nicht unumstritten.

 

Spenderorgane sind knapp – nicht allen Patienten kann geholfen werden

Bislang sind Patienten mit kranken Organen darauf angewiesen, dass ein Mensch für hirntot erklärt wird, der sich zu Lebezeiten zur Organspende bereiterklärt hat. Nur dann dürfen in Deutschland seine Organe entnommen und anderen Menschen verpflanzt werden. Doch Organspender und damit Spenderorgane sind Mangelware. In der BRD warten geschätzte 11.000 Menschen auf mindestens ein neues Organ. Nicht jedem kann geholfen werden. Während der Wartezeit sterben Jahr für Jahr etwa 1.000 Menschen, weil nicht rechtzeitig der erlösende Anruf kommt.

Die Forschung arbeitet intensiv an Alternativen und damit an praktikablen Lösungen. Derzeit ist der technische Nachbau von Organen wie zum Beispiel das künstliche Herz oder das Dialyseverfahren als Ersatz für kaputte Nieren höchstens eine Übergangslösung. Eine Dauerlösung ist auf diesem Gebiet nirgends in Sicht.

Das Tissue Engineering, ein Teilgebiet der Regenerativen Medizin, will daher Gewebe künstlich züchten und notfalls neue Organe auch in nicht-menschlichen Körpern heranwachsen lassen. Dazu setzen die Wissenschaftler auf die Möglichkeiten der Stammzellenforschung und Stammzellentherapie. Die Idee an sich ist nicht neu und lässt sich ganz grob wie folgt skizzieren: Menschliche Stammzellen – also jene Alleskönnerzellen, die sich in beinahe jedes Gewebe weiterentwickeln können – werden in ein Tier eingesetzt und dort durch Wachstumsfaktoren und Botenstoffe angeregt, sich in das gewünschte Organ zu entwickeln.

 

Mensch-Schwein-Mischwesen in Kalifornien entstanden

Jetzt vermeldet der Stammzellenforscher Jun Wu, der am Salk Institute in San Diego (Kalifornien/USA) arbeitet, einen Durchbruch: Sein Team kann Schweine-Embryonen züchten, die nicht nur einzelne menschliche Zellen, sondern sogar Ansätze von menschlichen Organen in sich tragen.

Wie ist das möglich? Wie konnte die ferne Science-Fiction plötzlich so  nah kommen?

Dazu muss man zunächst wissen, dass sich Schweine gut dazu eignen, menschliche Organe „auszutragen“, weil sich die Organe von Mensch und Schwein in ihrer Größe ähneln. Für ihre Experimente spritzten die Forscher sieben Tage nach der künstlichen Befruchtung einer Schweine-Eizelle induzierte pluripotente Stammzellen in den sich entwickelnden Ferkelembryo. Danach wurde der Schweineembryo in die Gebärmutter einer Muttersau eingesetzt und drei bis vier Wochen heranwachsen lassen.

Normalerweise dauert die Tragzeit bei Schweinen rund 114 Tage. Die Forscher nahmen allerdings deutlich früher einen kontrollierten Schwangerschaftsabbruch vor, um die Schweineembryonen genau zu untersuchen. Konkret wurde der Frage nachgegangen, ob sich im Schweineembryo aus den menschlichen Stammzellen etwas Menschliches entwickelt hatte.

Um es kurz zu machen: Die Wissenschaftler sind fündig geworden. Sie entdeckten einen kleinen, menschlichen Gewebeteil. Teile der bislang angelegten Schweineorgane bestanden sogar aus menschlichen Zellen.

 

Umstrittenes Experiment befeuert ethische Debatte über durch Stammzellen erzeugte Mensch-Tier-Chimären

Die Experimente von Jun Wus Forscherteam sind hochumstritten, denn bei solchen Experimenten entstehen Chimären – Mischwesen aus Mensch und Tier. Doch bevor tatsächlich eine solche Chimäre geboren wird, müsste das Schwein-Menschwesen zunächst von der Muttersau ausgetragen werden. Bislang wurden alle Experimente vorzeitig abgebrochen, sodass niemand sagen kann, ob eine solche Chimäre tatsächlich lebensfähig ist. Daher ist es trotz aller Fortschritte noch ein weiter Weg, bis tatsächlich Ersatzorgane in Tieren heranwachsen.

Einem an der Universität Tokio forschenden Team ist es gelungen, die Bauchspeicheldrüsen von Mäusen in Ratten wachsen zu lassen. Sie haben also einen Organtausch bei den Nagetieren vorgenommen und damit eine Ratte-Maus-Chimäre erschaffen. Zunächst mussten dazu in den Rattenembryos jene Gene ausgeschalten werden, die dafür verantwortlich sind, dass sich die Pankreas der Ratte aus den embryonalen Ratten-Stammzellen entwickelt. Im Anschluss daran wurden den Rattenembryos Mäusestammzellen injiziert. Im Ergebnis zeigte sich, dass bis auf eine Ausnahme alle Organe einen Mix aus Mäuse- und Rattenzellen aufwiesen. Die Ausnahme war die Bauchspeicheldrüse. In ihr konnten nur Mäusezellen gefunden werden.

 

Organtausch von Ratten und Mäusen ein Schritt auf dem Weg zur Diabetes-Heilung?

Doch damit nicht genug. Die in einer Ratte gewachsene Mäuse-Bauchspeicheldrüse soll helfen, Typ-1-Diabetes bei kranken Mäusen zu heilen. Um hier einen geeigneten Therapieansatz zu finden, gingen die japanischen Forscher den nächsten Schritt. Sie züchteten Mäuse, bei denen das Gen zur Bildung der insulinproduzierenden Zellen lahmgelegt ist. Die Versuchstiere hatten demnach keine Langerhannschen Inselzellen und waren somit unheilbar an Diabetes erkrankt. Die Diabetesmäuse bekamen nun allerdings nicht die vollständige, in Ratten herangewachsene Bauchspeicheldrüse transplantiert, sondern nur die Langerhannsschen Inseln aus dem gezüchteten Ersatzorgan. Daraufhin produzierte die eigene Bauchspeicheldrüse der Mäuse wieder Insulin und die Diabetes-Symptome verschwanden.

Im Experiment trat eine bislang befürchtete Komplikation nicht auf: Die in der Ratte herangewachsene Mäusepankreas bestand zwar aus Mäusezellen. Sie war allerdings von den Blutgefäßen und Nervenbahnen der Ratte durchzogen. Diese Zellen wurden teilweise mitverpflanzt. Im Normalfall erkennt das Immunsystem fremde Zellen und attackiert diese. Diese Abstoßungsreaktionen können im schlimmsten Fall tödlich verlaufen. Hier geschah dies nicht. Die Blutbahnen der Ratten bildeten sich zurück und verschwanden, sobald sie in den Mäuseorganismus verpflanzt waren. Das Rattengewebe wurde schnell durch körpereigenes Gewebe ersetzt. Die Forscher rätseln noch, was genau passiert ist. Ihre Vermutung: Da nur die Langerhannschen Inseln verpflanzt wurden, war das fremde Zellmaterial recht gering. Dem Immunsystem der Maus gelang es daher schnell, die fremden Zellen abzutöten. Gleichzeitig konnten rasch Mäusezellen nachproduziert werden und so war eine umgehende Reparatur der entstandenen Schäden möglich. Die Bauchspeicheldrüse blieb funktionsfähig.

Bei größeren und damit komplexeren Organen sind Komplikationen mehr als wahrscheinlich, denn sie enthalten mehr fremdes Zellmaterial. Das Immunsystem dürfte wesentlich empfindlicher reagieren. Die Gefahr, dass Gewebe durch die Immunreaktion komplett abstirbt, ist sehr viel größer. Solche Experimente direkt am Menschen auszuprobieren, liegt trotz aller Fortschritte in weiter Ferne.

 

Moderne Genmanipulation könnte Artgrenzen ausschalten

Evolutionär gesehen sind Ratten und Mäuse Cousins – vielleicht in etwa vergleichbar mit dem Verwandtschaftsverhältnis von Mensch und Affen. Menschen und Schweine sind allerdings nur entfernte Nachbarn. Die genetische Differenz ist ungleich größer. Doch Wissenschaftler hoffen, dass sich genetische Gräben mit neuen Techniken überwinden lassen. Das Zauberwort unter Genetikern lautet derzeit CRISPR-CAS9. Mit Hilfe von CRISPR lässt sich DNA relativ leicht verändern, indem ganze Abschnitte ausgetauscht werden können.

Als ideale Wirte für menschliche Organe sehen Experten Affen, denn sie sind unsere nächsten Verwandten im Tierreich. Mit Schimpansen teilt sich der Mensch ca. 99 Prozent des Erbgutes. Die Risiken der genetischen Nähe sind bislang nicht kalkulierbar. Stammzellen können sich schließlich in jeden Zelltyp verwandeln. Welche Konsequenzen würden sich ergeben, wenn menschliche Zellen in den Chimären auch im Gehirn, in den Hoden oder den Eierstöcken gefunden würden? Die Wahrscheinlichkeit, dass dies bei einer Mensch-Affe-Chimäre passiert, ist um ein Vielfaches höher als bei einer Mensch-Schwein-Chimäre. Aus diesem Grund sind in den USA Experimente mit menschlichen Stammzellen an Affen verboten.

 

Deutsche Gesetzgebung hält mit der Forschungsentwicklung nicht Schritt

In Deutschland gibt es eine solche Beschränkung defacto nicht. Das Embryonenschutzgesetz (ESchG) hinkt den Möglichkeiten der aktuellen Forschung hinterher. Es sieht zwar eine Strafe von bis zu fünf Jahren Haft vor, wenn eine Tier-Mensch-Chimäre erzeugt wird. Der Gesetzestext schützt allerdings nur menschliche Embryonen vor der Vermischung mit tierischen Zellen. Umgekehrt funktioniert der Schutz nicht. Ein Forscher kann einem Tierembryo menschliche Zellen injizieren und so eine Chimäre entstehen lassen, ohne eine Strafe fürchten zu müssen. Der Grund: Stammzellen bzw. auch reprogrammierte IPS-Zellen sind keine menschlichen Embryonen. Der Deutsche Ethikrat fordert daher seit Jahren strengere Richtlinien für Mischwesen aus Mensch und Tier.

Selbst im forschungsliberalen Japan ist die Chimären-Forschung verboten. In den USA sind die Hürden für entsprechende Forschungsprojekte ebenfalls sehr hoch, denn über die Bewilligung der Fördermittel entscheidet ein strenger Ethikrat. Das Wissenschaftlerteam aus San Diego konnte diese Hindernisse jedoch umgehen, indem es ihm gelang, private Kapitalgeber für ihre Stammzellenforschung an Mensch-Tier-Chimären zum Züchten von Ersatzorganen zu gewinnen.

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