Videobeweis: Wie künstliche Stammzellen entstehen

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Zellen im Wandel: Hannoveraner Forscher haben Körperzellen (rot) in Stammzellen (grün) umprogrammiert und sie dabei gefilmt. Quelle: Warlich et al./Molecular Therapy

15.02.2011  - 

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) sind möglicherweise eine Alternative zu den umstrittenen embryonalen Stammzellen: Mit Hilfe eines Vektors, meist eines Virus, werden zu ihrer Herstellung Gene in eine ausdifferenzierte Körperzelle geschleust. Die Gene bewirken, dass die Zelle ihren molekularen Stoffwechsel umprogrammiert und sich ins pluripotente Stadium zurückentwickelt. Wissenschaftlern ist es jetzt erstmals gelungen, eine solche Umwandlung zu filmen. Dazu haben die Forscher neben den Reprogrammierungsfaktoren einen Farbstoff in die Zellen geschleust. Ist die künstlich ausgelöste Zellverjüngung abgeschlossen, ändert die Zelle ihre Farbe. Die Ergebnisse haben Hannoveraner Mediziner um  Axel Schambach zusammen mit Münchener und Münsteraner Kollegen in der Fachzeitschrift Molecular Therapy (2011, Online-Vorabveröffentlichung) veröffentlicht.

Kaum vier Jahre ist es her, dass Forscher aus Japan und den USA eine neue Ära in der Stammzellforschung eingeläutet haben: 2007 war es Shinya Yamanaka erstmals gelungen, durch das Einschleusen eines Cocktails von vier bestimmten Genen menschliche Hautzellen zu pluripotenten Stammzellen umzuprogrammieren (mehr...). Damit gab es erstmals eine Alternative zu den umstrittenen embryonalen Stammzellen. Die künstlich hergestellten iPS-Zellen können in der Kulturschale in verschiedene Gewebe weiterentwickelt werden und sollen künftig Patienten mit Herzerkrankungen, Diabetes oder sogar Parkinson helfen. In den letzten Jahren ist die Weiterentwicklung der iPS-Technik zu einem der dynamischsten Forschungsgebiete in der Zellbiologie geworden. Dabei wurde die Rezeptur für die Herstellung der künstlichen Alleskönner-Zellen nach und nach verfeinert und vor allem sicherer gemacht.

Wandlung zur Stammzelle erstmals im Film

Jetzt ist es einem Team deutscher Stammzellforscher aus Hannover, München und Münster gelungen, die Verwandlung von Hautzellen  in iPS-Zellen mitzuverfolgen.

Dazu haben die Biomediziner einen Film gedreht, der den Ablauf der Reprogrammierung genau dokumentiert (zum Video: hier klicken). Der Film zeigt rot leuchtende, lang gestreckte Zellen, welche nach und nach ihre Form verlieren, sich zu runden Zellen und schließlich einem Zellhaufen  entwickeln. Schließlich leuchtet der Zellhaufen grün – die Umwandlung in pluripotente Stammzellen ist abgeschlossen. Die Hannoveraner Arbeitsgruppe um Axel Schambach hat für ihr Verfahren ein molekulares Vehikel, ein sogenanntes Gentaxi entwickelt, welches einen Farbcode enthielt und das sich nach getaner Arbeit selbst abschaltet. Der Trick: Werden die eingeschleusten Gene in den Körperzellen aktiviert und beginnen mit der Umwandlung, leuchten die Zellen rot. Sobald die Umwandlung der Zellen in das embryonale Stadium abgeschlossen ist, schalten sich die Gene ab. Die rote Farbe erlischt, dafür leuchtet ein grünes Reportergen auf.

Gen-Taxi mit eingebautem Farbcode

Die Forscher fotografierten den einige Tage dauernden Prozess im Minutentakt und setzten die Bilder anschließend zu einem Film zusammen. „Mit dem System können wir nun feinste dynamische Prozesse erforschen, die frühen Reprogrammierungsvorgänge besser verstehen lernen oder Veränderungen nach Gabe von Medikamenten erfassen,“ sagt Schambach.

Seine Arbeitsgruppe an der MHH gehört dem Exzellenzcluster REBIRTH an, der auf die Erforschung von Therapien für die Regenerative Medizin ausgerichtet ist. An REBIRTH wie auch an den nun vorgelegten Forschungsarbeiten ist ebenfalls der Münsteraner Stammzellforscher Hans Schöler beteiligt. Schöler gilt als einer der Pioniere der iPS-Technik.  Am Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster plant Schöler derzeit den Aufbau des „Centrum für Angewandte Regenerative Entwicklungstechnologien (CARE)“, das die neue Stammzelltechnologie in klinische Anwendungen überführen soll (mehr...). Mit dem ihrem neuen Dokumentationsverfahren erhoffen sich die Forscher aus Hannover und Münster nun neue Erkenntnisse über den Umwandlungsprozess  und damit auch sichere Möglichkeiten, alternative Stammzellen zu Therapiezwecken zu produzieren.