Interview: Forschen mit humanen embryonalen Stammzellen – aktuelle Entwicklungen

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Interview: Forschen mit humanen embryonalen Stammzellen – aktuelle Entwicklungen

Ein halbes Jahr ist für das dynamische Feld der Stammzellforschung eine lange Zeit: Schnell kann sich die Sachlage verändern, daher ist eine aktuelle Recherche als Basis für politische Entscheidungsfindungen so wichtig. Prof. Dr. Anna M. Wobus, Stammzellexpertin am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben, hat mit Peter Löser vom Berliner Robert-Koch-Institut Zahlen und Fakten zur Forschung an humanen embryonalen Stammzellen zusammengetragen. Ein Interview mit Prof. Wobus.

Humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen genannt) spielen bei der Entwicklung pharmazeutischer Wirkstoffe und Substanzen eine wichtige Rolle. Wie sieht diese aus?

Wobus: Tatsache ist, dass embryonale Stammzellen und aus ihnen entwickelte Derivate als entwicklungsbiologische Zellmodelle für toxikologische sowie pharmakologische  Untersuchungen verwendet werden können. Mit ihrer Hilfe können viele Fragen zur Wirksamkeit bestimmter Substanzen beantwortet werden. Das ist bereits durch Untersuchungen an embryonalen Stammzellen der Maus seit Anfang der 90er Jahre gezeigt worden. Ähnliche Testsysteme mit humanen embryonalen Stammzellen können nun erstmals an humanen Zellen und darüber hinaus als Alternative zu Tierversuchen an Zellmodellen entwickelt werden. Schließlich müssen pharmazeutische Unternehmen jede Substanz, die sie auf den Markt bringen wollen, unter zwei Gesichtspunkten untersuchen: Zum einen geht es darum, ob durch die Substanz unerwünschte Effekte, wie beispielsweise Fehlbildungen bei der Entwicklung eines Embryos, hervorgerufen werden – und zum anderen, ob die Substanz die angestrebte pharmakologische Wirkung ohne Nebenwirkungen zeigt.

Welche besonderen Eigenschaften machen hES-Zell-Linien so gut geeignet für diese Untersuchungen?

Wobus: Sie ermöglichen es, den normalen Entwicklungsprozess menschlicher embryonaler Zellen nachzuvollziehen. So kann man embryotoxische Wirkungen, die durch eine Substanz während der frühen embryonalen Entwicklung des Menschen hervorgerufen werden, an einem In-vitro-Test mit hES-Zellen beobachten. Humane Zellen sind dabei für die Entwicklung von Pharmaka relevanter als die bisher mit Ratten- und Mäuse-Embryonen bzw. etablierten Zell-Linien durchgeführten Untersuchungen. Die Forscher erhoffen sich insgesamt schnellere und zutreffendere Ergebnisse. Die Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass adäquate Testsysteme mit hES-Zellen entwickelt werden, dass sie standardisiert und von den Genehmigungsbehörden dann auch als offizielle Verfahren zugelassen werden. Hierfür werden derzeit international abgestimmte Vorgehensweisen erarbeitet.

Was bedeutet es für die deutschen Forscher, dass diese Linien demnächst u.a. über die britische Stammzellbank für die internationale Forschung nutzbar sind?

Wobus: Deutsche Forscher dürfen nach dem Stammzellgesetz derzeit nur mit den so genannten NIH-Linien arbeiten, die im Register der National Institutes of Health aufgeführt sind und vor dem Stichtag 1. Januar 2002 etabliert wurden. Daher sind Forscher in Deutschland von der Entwicklung der Test-Systeme mit den bald über die britische Stammzellbank erhältlichen neuen hES-Zell-Linien ausgeschlossen.

Woran liegt es, dass  die Forschung an den derzeit offiziell verfügbaren hES-Zell-Linien schwierig ist?

Wobus: Mit den Zell-Linien, die momentan in Deutschland für die Forschung eingesetzt werden können, ist Grundlagenforschung jederzeit möglich – auch wenn die Zellen nicht immer den Vorstellungen der Wissenschaftler entsprechen, weil sie tierische Zellen und Proteine enthalten und im Laufe ihrer Kultivierung verschiedene genetische Veränderungen und Chromosomen-Schäden erworben haben können. Diese Faktoren machen es jedoch nachweislich schwierig bzw. schließen es aus, mit den bekannten 'alten' Zellen repräsentative und standardisierte Testverfahren zu entwickeln, die international akzeptiert sind. Die Genehmigungsbehörden würden die Ergebnisse ablehnen. Mindestens genauso wichtig ist, dass im Rahmen von internationalen Kooperationen und EU-Forschungsprojekten in anderen Ländern, wie England oder Schweden, mehr und mehr mit den neuen nach dem deutschen Stichtag etablierten  hES-Zell-Linien gearbeitet wird. Hier können deutsche Forscher nicht oder nur begrenzt mitarbeiten, und werden dadurch zunehmend isoliert.

Ist es denn überhaupt möglich, hES-Zellen über einen langen Zeitraum stabil zu halten? 

Wobus: Das ist nach wie vor ein großes Problem, denn jede Zell-Linie verändert sich während ihrer In-vitro-Kultivierung. Das hängt mit den Kulturbedingungen, dem veränderten Stoffwechsel der Zellen in Kultur und weiteren Faktoren zusammen. Hinzu kommt, dass alternde Zellen ein verändertes genetisches Programm haben. Mit erhöhter Zellteilungsrate der Zellen in Kultur können Mutationen zunehmen. Daher ist es erforderlich, humane embryonale Stammzellen unter strikt kontrollierten Bedingungen zu etablieren, einzufrieren und in einem möglichst frühen Stadium für die Grundlagen- und angewandte Forschung zur Verfügung zu stellen. Man muss allerdings sagen, dass man im Hinblick auf die Kontrolle der Kulturbedingungen bei hES-Zellen den erstrebenswerten Zustand noch nicht erreicht hat. So kann derzeit nur eine begrenzte Anzahl von brauchbarem Zellmaterial hergestellt werden. Des Weiteren sind  die Zell-Linien nur unter besten entsprechenden Kultivierungsbedingungen stabil. Sind die Bedingungen nicht optimal, können genetische Veränderungen zunehmen.


Wie sieht Ihrer Meinung nach die Zukunft der Forschung an hES-Zellen aus?

Wobus: Zunächst muss natürlich die Grundlagenforschung auf allen Gebieten der Stammzellforschung intensiv voran gebracht werden. Es geht darum, die Mechanismen der Zellvermehrung und der Regulation der Differenzierung von Stammzellen zu verstehen, um sie für zelltherapeutische Verfahren nutzbar machen zu können. Dabei werden sich die embryonale und die adulte Stammzellforschung gegenseitig befruchten. Ergebnisse, die an humanen ES-Zellen erarbeitet werden, werden in Arbeiten mit adulten Stamm- und Vorläuferzellen einfließen und umgekehrt.
Zudem bestehen die Anforderungen der Industrie an relevante und für den Menschen repräsentative Testsysteme zur Untersuchung von pharmazeutischen Produkten nach wie vor. Denn die bisherigen Tierversuche in der Toxikologie spiegeln das menschliche System nicht adäquat wider. Darüber hinaus kann mit bestimmten genetisch determinierten hES-Zell-Linien auch untersucht werden, welche Wirkung Pharmaka auf Zellen unterschiedlicher genetischer und ethnischer Herkunft haben. Während derzeit international intensiv daran gearbeitet wird, Verfahren für den Einsatz von hES-Zellen in der Wirkstoffforschung und in der Pharmako-Toxikologie zu entwickeln, sind für eine Verwendung von ES-Zellderivaten als Zelltherapeutika noch zahlreiche weitere Untersuchungen im vorklinischen Bereich notwendig.
Unter anderem wird an der Entwicklung von Zelltherapien beispielsweise für die Behandlung von Rückenmarksverletzungen gearbeitet. Hier soll die Funktion von Nervenzellen, unterstützt durch neurale Zellen aus humanen embryonalen Stammzellen, wieder hergestellt werden. Entsprechende Versuche verliefen bei Mäusen erfolgreich. Doch bevor diese Ergebnisse auf den Menschen übertragen werden können, müssen noch wesentliche Untersuchungen an anderen Säugern durchgeführt werden. Es muss in jedem Fall sicher gestellt sein, dass die Verfahren therapeutisch effizient, sicher und frei von Nebenwirkungen sind. Erfolge sind hier nicht kurzfristig zu erwarten.

Den vollständigen Publikation „Aktuelle Entwicklungen in der Forschung mit humanen embryonalen Stammzellen“ finden Sie unter http://www.stammzellen.nrw.de/de/aktuelles/Loeser-Wobus.pdf

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