Erstmals Menschen geklont zur Erzeugung von Stammzellen

Geht nicht gibt’s nicht mehr

15.05.2013 ·  Es war der Traum durchgeknallter Biotechniker: Geklonte Menschen. Jetzt wurde in Amerika zumindest das Forschungsklonen realisiert. Der Trick: Kaffee in der Petrischale.

Von Joachim Müller-Jung

© Cell, Tachibana et al. Entnahme des Zellkerns aus der Eizelle. Der erste Schritt zum Klonieren.

Sag niemals nie.  Dieser Satz gilt seit heute auch für das Klonen von Menschen. Zumindest für das, was die Wissenschaftler das Forschungsklonen nennen und was eine Zeit lang unter dem Begriff  „therapeutisches Klonen“ ein medizinisch angehauchtes Drehbuch für ein Stück lieferte, in dem Menschenzuchtvisionen nach dem Strickmuster von Huxleys „Schöne neue Welt“  den eigentlichen Handlungsstrang bildeten. Soeben jedenfalls vermelden Uyghur-amerikanische Forscher um Shoukrat Mitalipov von der Oregon Health and Science University, dass ihnen das Forschungsklonen mit menschlichen Zellen nach vielen Fehlversuchen endlich gelungen sei. Die Gebrauchsanweisung dafür ist ab sofort in der Zeitschrift „Cell“ nachzulesen. Und sie enthält ein verblüffendes technisches Detail: Mit einem Schuss Koffein in der Schale geht das Klonieren von Menschenzellen viel einfacher.

Geht nicht, gibt’s nicht – auch dieser Satz passt, und das nicht  zum ersten Mal, zur jüngeren Geschichte der Biomedizin. Schon nach Geburt des schottischen Klonschafs „Dolly“ im Jahr 1997  hatten sich die Lebenswissenschaftler diesen Satz ins Stammbuch schreiben lassen müssen. Damals begann der steile Aufstieg der molekularen Zellbastelei. Einige Biotechniker um den Schotten Ian Wilmut hatten seinerzeit einen revolutionären Jungbrunnen kreiert. Aus dem Erbgut einer reifen, hochspezialisierten Euterzelle eines alten Schafs wurde ein neuer vollständiger Organismus, das Klonschaf  “Dolly“ geschaffen. Der Zeitpfeil der organismischen Entwicklung war umgedreht – aus Alt mach Neu, hieß das. Pure Fiktion bis dahin, der Reifungsprozess des Lebens zurückgestellt auf Start. Undenkbar bis dahin.

Erst Klon-Hype, dann Klon-Dämmerung

Das war Ende der neunziger Jahre. Dann kam der Klon-Hype, das Auftreten der Klon-Ufos und Klon-Betrüger und später die Klon-Dämmerung. Dazwischen, vor ziemlich genau zehn Jahren,  war das Klonen in Berlin angekommen. Die Sorge vor durchgeknallten Wissenschaftlern wie jenen der französischen Sektenfirma Clonaid, die mit dem Verfahren des Klonens durch Zellkerntransfer die Schaffung von genetischen Menschenkopien angekündigt hatten, alarmierte die Politik. In dem damals von Edelgard Buhlmann geleiteten Bundesforschungsministerium war man heilfroh zu hören, dass das zwar alles eher einfach aussieht mit dem Klonieren, dass das dann  aber im Labor doch scheitert, weil  der Teufel im Detail steckt.

© Oregon Health & Science UniversityStammzellforscher Shoukhrat Mitalipov(Uyghur)

Einen „alten“ Zellkern in eine entkernte Eizelle zu transferieren und das Ganze dann reibungslos bis zur fehlerfreien Erzeugung eines ganzen menschlichen Organismus zu bringen, sollte jedenfalls fürs Erste nicht gelingen. Ob es versucht wurde, sei dahin dahingestellt. Man darf es vermuten. Behauptet wurde es jedenfalls öfter. Nach den wissenschaftlichen Befunden zu schließen, war die Öffentlichkeit allerdings einer Horde von Lügenbolden und ruhmsüchtiger Akademiker aufgesessen, die eine verlockend einfache Gleichung aufmachten: Was bei Schaf, Pferd, Kuh, Hund und Maus gelingt, sollte auch mit menschlichen Zellen gelingen. Es gelang nicht. Oder zumindest nur bruchstückhaft.

Klone als biomedizinische Rohstoffquelle

Dennoch haben die ehrgeizigsten und auch durchaus angesehene Wissenschaftler die Versuche nie aufgegeben. Ihnen war es allerdings auch nie um das Reproduzieren von Menschen durch Klonen und damit um die Realisierung von Science-fiction-Utopien gegangen, sondern wie gesagt um das Forschungsklonen.
Die größten Befürworter dieser Biotechnik hatten es schnell geschafft, dafür den Begriff „therapeutisches Klonen“ einzuführen – nicht, um den medizinischen Nutzen zu demonstrieren, der immer schon spekulativ war, sondern um deutlich zu machen, was das eigentliche Forschungsziel war: Man wollte Klone von Menschen bis zu einem, nun ja, man darf es wohl so nennen: erntereifen Entwicklungszustand herstellen. Man wollte die Klone in der Petrischale als biomedizinische Rohstoffquelle gewinnen. Dazu brauchte man keine Klonmenschen, sondern allenfalls frühe Klonembryonen. Und der Rohstoff, den sie liefern sollen, sind embryonale Stammzellen.

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Aus diesen unreifen und beeindruckend wandlungs- wie vermehrungsfreudigen Zellen (man nennt sie deshalb auch „pluripotent“) lässt sich im Labor mit dem richtigen molekularen Cocktail  jede beliebige Körperzelle erzeugen, ob Hirnzelle oder Herzmuskelzelle. Im frühen Embryo kommen solche Zellen sicher vor. Auch der Embryo im Reagenzglas hat sie. Und weil der durch den Klonvorgang künstlich erzeugte Reagenzglas-Embryo auch noch die gewünschte Erbinformation der Person erhält, aus der man die Kandidatenzellen für den Jungbrunnen entnommen hat, ist er in doppelter Hinsicht verlockend.

Auf jeden Fall gehörte, nachdem die ersten kleinen Reprogrammierwunder mit  tierischen Zellen vollbracht waren, nicht viel Fantasie dazu, von einer neuen Quelle für künstlich erzeugte Gewebe und Organe träumen.

24377380 © Grafik Kaiser

Was man aus Sicht der Klonierer lediglich brauchte, war ein Verfahren, das erstens sicherstellt, dass sich die Eizelle nach der Transplantation des Wunschzellkerns ein paarmal teilt und nach einigen Tagen bis zur sogenannten Blastozyste – dem kugelrunden hohlen „Keimbläschen“ – heranwächst. Aus hundert bis zweihundert Zellen ist der „rekonstruierte Embryo“ in diesem Stadium zusammen gesetzt. Rekonstruierter Embryo nennen die Forscher ihr Laborprodukt immer dann, wenn sie das Artifizielle ihrer Technik betonen und in bioethischen Debatten von dem echten, dem gewissermaßen natürlichen (und in der Lesart der Klonierer schützenswerteren) Embryo abgrenzen wollen.

Klonen ist ein mühsames Geschäft

In seinem Inneren gedeihen jene Zellen, die mit einer scharfen Pipette entnommen und weiter als Stammzellen in der Petrischale für die Anzucht von medizinisch verwertbarem Gewebe verwendet werden. Bis es dazu kommt,  braucht es allerdings auch noch etwas anderes: genügend Eizellen. Denn das Klonen ist selbst bei Tieren wie Kühen oder Mäusen, bei denen es vergleichsweise wenige Probleme gibt, ein mühsames Geschäft, das nur in wenigen Prozent der Transfer- und Kultivierversuchen gelingt. Mit anderen Worten: Es werden Dutzende, wenn nicht Hunderte Eizellen benötigt, in die per Mikropipette das fremde Erbmaterial eingeschleust und anschließend zur Teilung gebracht werden muss, um wenigstens ein paar heranwachsende „erntereife“  Klone zu erhalten. Und keineswegs aus allen lassen sich vermehrungsfreudige embryonale Stammzellen gewinnen.

Schon die technischen Hürden waren also gewaltig. Am Ende waren es dann mindestens vier Umstände, die dazu führten, dass das Kapitel Forschungsklonen vor einigen Jahren mehr oder weniger zugeschlagen wurde. Da war erstens die biopolitische Debatte: Nicht nur in Deutschland, auch anderswo führte die Sorge, das sogenannte therapeutische Klonen könnte den Weg zum reproduktiven Klonen ebnen und damit der menschenunwürdigen Verzwecklichung  des Embryos Vorschub leisten, zu neuen Gesetzen. Das reproduktive Klonen wurde fast überall gesellschaftlichen geächtet. Zweitens wurde 2005 der wichtigste Protagonist des Forschungsklonens, der Koreaner Hwang Woo-suk,  als Schwindler entlarvt.  Er hatte nie die Menschenklone erzeugt, die er im Jahr davor in einem aufsehenerregenden „Science“-Paper vorgeführt und noch dazu mit einem medienwirksamen Auftritt  als Pioniertat öffentlich verkauft hatte. Drittens wuchs  in den Jahren danach immer stärker die Überzeugung der Klonexperten, dass es möglicherweise grundsätzliche „biologische Hürden“ geben könnte, die das Klonen mit menschlichem Erbmaterial technisch vorerst unmöglich macht. Entsprechende Hinweise dafür hatte man jedenfalls in Versuchen mit Affen gesammelt.

24373914 © Cell, Tachibana et al.Eine Kolonie von embryonalen Stammzellen (im oberen Teil), die aus Zellen des Klonembryos erzeugt wurden

Und viertens schließlich wurden spätestens im Jahr 2007, als der Japaner Shinya Yamanaka die ersten menschlichen „induzierten pluripotenten Stammzellen“ präsentierte klar: Zum Reprogrammieren von Körperzellen muss man nicht mit fremden Eizellen Klonexperimente beginnen. Der Zellkerntransfer in die Eizellen ist überflüssig, wenn man es nur schafft, die richtigen Gene in den gewünschten Körperzellen zu reaktivieren. Und das sind erstaunlich wenige: höchstens vier. Yamanaka konnte zeigen, dass man eigentlich nur deren Zusammenspiel richtig koordiniert muss, um die Zellen zu verjüngen – was im Labor recht einfach, aber auch kein Kinderspiel ist. Im Prinzip weiß man jedenfalls seither: das Geheimnis des Jungbrunnens liegt nicht exklusiv in der Eizelle, sondern im Genom jeder einzelner unserer Zellen – ob in der Haut,  im Gehirn, Blut, Muskel, Fett oder in den  Haaren. Die neue Reprogrammierkunst geht experimentell inzwischen soweit, dass man theoretisch auf das Verjüngen ganz verzichten kann. Der Trick heißt Transdifferenzierung. Wer aus Hautzellen etwa Nerven herstellen will, um sie ins Gehirn zu verpflanzen, muss dafür sorgen, dass die richtigen Steuerelemente auf dem Erbmaterial der Reihe nach aktiviert werden – ein fein molekulares Sinfonieorchester wird gebraucht.

Problem der Abstoßung

Der größte Nachteil all dieser Alternativverfahren liegt in der Effizienz: Für potentielle klinische Anwendungen werden Stammzellen in großer Zahl und in kürzester  Zeit benötigt. Kein Stammzelltyp ist darin so effektiv wie die embryonale Stammzelle. Die aus Blastozysten gewonnenen Stammzellen sind nach wie vor der „Goldstandard“ für die Jungbrunnenforschung. Ihr größter Schwachpunkt: Die verfügbaren Stammzelllinien in den Labors passen immunologisch nur in Ausnahmefällen zu den Patienten, Ersatzgewebe, die aus embryonalen Stammzellen hergestellt werden, könnten abgestoßen werden.

Nobelpreis 2012 / Medizin 1 © Uni WisconsinKünstliche „induzierte pluripotente Stammzellen“, kurz iPS.

Das ist einer der Gründe, weshalb Forscher wie der amerikanische Primatenforscher Shoukhrat Mitalipov trotz des beeindruckenden Siegeszugs der iPS-Zellen, für deren Erfindung Yamanaka vergangenes Jahr den Medizin-Noblepreis erhalten hat, die Klonexperimente fortsetzte. Das Ziel blieb weiterhin, aus den eigenen Körperzellen eines Patienten verjüngte Stammzellen als Geweberohmaterial zu gewinnen. Mitalipov hatte damit vor einiger Zeit bei Rhesusaffen Erfolg. Parallel dazu experimentierte er am Stammzellzentrum von Oregon mit menschlichen Eizellen. Für ihn war es offenbar gemeinsam mit den Gynäkologen und Reproduktionsmedizinern der Universitätsklinik von Portland überhaupt kein Problem, Frauen zu finden, die bereit waren, Eizellen für die Forschung zu spenden. So entwickelte Mitalipov und sein Team jüngst die erste Keimbahntherapie beim Menschen – frisch befruchtete und verschmolzene Zellkerne wurden aus der Eizelle, die defekte Mitochondriengene enthät, in eine andere gesunde und entkernte Spendereizelle übertragen.

Klonen von Menschenzellen kein Hexenwerk

Als Mitalipov diese neue Technik bekannt machte, war er bereits dabei, die Klontechnik für den Gebrauch an menschlichen Zellen zu optimieren. Nicht nur die iPS-Zellen, auch das Klonen wurde 2012 mit dem Medizin-Nobelpreis ausgezeichnet. Er ging an den Briten John Gurdon, der in den sechziger Jahren erstmals Frösche klinierte. Die jetzt in „Cell“ präsentierten Resultate Mitalipovs zeigen, dass Klonieren in der Tat auch mit den bisher so widerspenstigen Menschenzellen offensichtlich kein Hexenwerk ist.

Ein paar entscheidende technische Veränderungen im Ablauf der Zellpräparation genügten, damit sich die klonierten Embryonen über das acht-Zellstadium hinaus weiter entwickelten: Die Entnahme des Zellkerns aus der Eizelle und die anschließende Übertragung des Genommaterials aus einer Hautzelle  muss, was den Zellzyklus angeht, zeitlich genau abgestimmt und extrem schonend geschehen. Die begonnene Reifeteilung in der Eizelle darf nicht unterbrochen werden. Der Spindelapparat seinerseits, auf dem die die frisch transplantierten fremden Chromosomen während der ersten Zellteilung transportiert werden, ist ebenfalls ein extrem empfindliches Gebilde. Wie es offensichtlich überhaupt auf den richtigen Start und eine geeignete Stimulation des „rekonstruierten Embryos“ in der Petrischale ankommt.

Kaffee als zelluläres Dopingmittel

Geradezu verblüffend erwies sich allerdings ein Schritt, den man bis dahin nur in den Experimenten mit Rhesusaffenzellen probiert hatte: Wurde der Transfer des fremden Zellkerns in die Eizelle auf einem Medium ausgeführt, das bestimmte Mengen an Koffein enthielt, kam es zu einem regelrechten Vermehrungsschub. Der Wirkstoff des Kaffees, chemisch ein Protein-Phosphatase-Hemmer, wirkte wie ein zelluläres Dopingmittel. Plötzlich verdoppelte sich die Ausbeute. Statt knapp zwölf Prozent wuchsen auf dem Koffein-Medium nun  fast ein Viertel der Klonembryonen bis zum Stadium der Blastozyste heran. Und mehr noch: Von acht so erzeugten Blastoysten entwickelte sich die Hälfte so weit, dass Mitalipov und seine Mitarbeiter daran gehen konnten, aus den inneren Zellmassen die gewünschten embryonalen Stammzellen zu gewinnen.

Medizin-Nobelpreis an Gurdon und Yamanaka © dpaDen Medizin-Nobelpreis teilen sich in diesem Jahr John Gurdon aus Großbritannien (links) und Shinya Yamanaka aus Japan.

Nichts an den embryonalen Stammzellen deutete anschließend darauf hin, dass das Prozedere die Zellen oder deren Genom beeinträchtigt hätten. Im Gegenteil: Als Mitalipov daran ging, die Pluripotenz und Funktionalität der Klonzellen  zu testen, sie zu vermehren und zu unterschiedlichen Geweben – etwa Herzmuskelzellen – heranreifen zu lassen, war kein Unterschied zu den bekannten unklinierten Stammzellen zu erkennen.

Genetische Eignung für das Klonieren?

Eine überraschende Besonderheit allerdings gibt den Forschern Rätsel auf: Das Klonieren funktionierte mit Eizellen von Spenderinnen am besten, die man anfangs für die am wenigsten Geeigneten hielt, weil man von ihnen die wenigsten Eizellen gewinnen konnte. Umgekehrt erzielte man mit den Eizellen von Frauen, die nach der Hormongabe besonders viele reife Eizellen produzierten, die schlechtesten Ergebnisse. Offensichtlich gibt es Menschen, die genetisch eher für das Klonen geeignet sind, und solche, die schlechte Voraussetzungen mitbringen. Welche Gene dafür allerdings ausschlaggebend sind, ist den Wissenschaftlern noch einigermaßen unklar.

Fraglich ist auch, ob sich die Stammzellforscher nun nach dieser Bekanntmachung tatsächlich wie seinerzeit nach der iPS-Erfindung verstärkt mit dem Forschungsklonen beschäftigen. Mitalipov hofft das natürlich: „Unsere Befunde zeigen neue Wege auf, wie wir Stammzellen von Patienten mit schweren Organschäden erzeugen können. Diese Stammzellen könnten krankhaftes Gewebe ersetzen, wie wir es bei Millionen Menschen finden.“ Zukunftsmusik fürs Erste.

In Deutschland wird man in die Richtung jedenfalls definitiv nicht aktiv werden. Hierzulande sind  Experimente mit den Embryonalzellen, ob geklont oder nicht, durch das Embryonen- und das Stammzellgesetz verboten. Mitalipov spekuliert zwar schon einmal, dass die Reprogrammierung von Zellen mit seiner Kloniertechnik weniger anfällig ist und weniger Fehler im Genom auftreten als etwa bei der Herstellung von induzierten Stammzellen. Aber der direkte Vergleich steht noch aus.

Weitere Prüfungsverfahren notwendig

In einem Punkt allerdings ist sich der amerikanische Forscher sicher: Der Fall, dass man reihenweise Frauen zur Eizellspende überreden müsste, um die eine oder andere Stammzelllinie herzustellen, sollte seiner Meinung nach nicht eintreten.  Zuerst allerdings müssen seine Experimente von unabhängigen Gruppen wiederholt und bestätigt werden. Der Bonner Stammzellforscher Brüstle glaubt, dass die Klonexperimente Mitalipovs „die immer noch sinnvolle Diskussion um und die Frage, was man darf und was nicht, wieder aufbrechen werden“. Ob man die geklonten Stammzellen jemals für die medizinische Anwendung benötigen wird? Brüstle: „Nach den bisher noch völlig unzureichenden genetischen Analysen ist völlig unklar, ob die so gewonnenen Stammzellen so gut wie iPS sind und ob sie für eine klinische Fragestellung sinnvoll sind.“

Allein die Eizellbeschaffung wirft Brüstle zufolge so viele ethischen Probleme auf und gefährdet die zur Superovulation mit Hormonen stimulierten Frauen, dass er keine Zukunft in dem Verfahren sieht: „Das ist gesellschaftlich nicht zu vermitteln, Spender-Eizellen in den auch mit diesem leidlich effizienten Verfahren Mengen zu gewinnen.“ Mitylipov sieht das anders: Die Effizienz mit dem von ihm beschriebenen Verfahren werde schon für eine „hohe Ausbeute“ beim Klonieren sorgen.

Er wäre nicht der erste selbst ernannte Klonpionier, der mit umstrittenen Behauptungen auf die Nase fällt.

http://www.faz.net/aktuell/wissen/medizin/klonen-geht-nicht-gibt-s-nicht-mehr-12183323.html

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