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Donnerstag, 25. Mai 2017, Ausgabe Nr. 21

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Biotechnologie

Chimären für die Medizin

Von Silvia von der Weiden | 16. März 2017 | Ausgabe 11

Ingenieure haben erstmals Mischwesen aus Schwein und Mensch erschaffen.

BU 2 Chimäre 2
Foto: Salk Institute

Wollen Organe für den Menschen züchten: Wissenschaftler Jun Wu (vorne) und Forschungsleiter Juan Carlos Izpisua Belmonte.

Mischwesen aus Mensch und Tier, sogenannte Chimären, gelten als Fabelgestalten, die das Reich der Mythologie bevölkern, wo ihnen die Doppelnatur oft Überlebensvorteile sichert. Nun haben sie auch in der realen Welt Einzug gehalten. Wie US-Forscher vom Salk Institute for Biological Studies in La Jolla/Kalifornien im Fachmagazin Cell berichten, ist es ihnen erstmals gelungen, Chimären aus Mensch und Schwein zu erschaffen. Freilich keine, die sich zu richtigen Lebewesen entwickeln könnten. Das ist in den USA und in vielen anderen Ländern, so auch in der EU, verboten. Wohl aber chimärische Embryonen, die Zellen sowohl vom Schwein als auch vom Menschen in sich tragen. Diese entwickelten sich im Körper von Ammensauen drei bis vier Wochen lang. Dann brachen die Forscher die Versuche ab und entfernten die Chimären aus dem Körper der Tiere.

Großer Mangel an Organersatz

Seit Langem treibt Forscher die Vorstellung an, den Mangel an menschlichen Spenderorganen mithilfe der Biotechnologie auszugleichen. Menschliche oder zumindest weitgehend vermenschlichte Organe, die in einem tierischen Organismus heranreifen, bis sie die passende Größe haben, um als Transplantat verwendet werden zu können – so sehen auch die US-Forscher die Zukunft der Medizin.

„Ziel ist es, funktionsfähige Organe und Gewebe zu züchten, um sie Menschen einzusetzen, die schon lange auf ein Spenderorgan warten“, betont Forschungsleiter Juan Carlos Izpisua Belmonte. „Unsere Arbeit ist ein erster Schritt.“ Dass dabei die Wahl auf Schweine als lebender „Brutreaktor“ fiel, liegt daran, dass deren Organe in Form und Größe denen des Menschen ähneln. Zudem sind Schweine leicht verfügbar. Was aber nicht heißt, dass es damit auch besonders einfach wird.

Die Experimente zogen sich über vier Jahre hin. Mehr als 1500 Schweineembryonen veränderten die Forscher in einem sehr frühen Entwicklungszustand in der Petrischale. In mikroskopisch kleine Zellhaufen injizierten sie bestimmte Typen menschlicher Stammzellen. Aus diesen weitgehend undifferenzierten Zellen entwickeln sich im Menschen bestimmte Gewebe und Organe.

Würden sich die menschlichen Zellen gezielt am Aufbau bestimmter Organe wie Niere, Lunge oder Herz beteiligen? Oder würde ihre wenig festgelegte Natur dazu führen, dass aus ihnen eine unerwünschte Vielzahl an Geweben hervorgeht? Die Fragen ließen sich nur beantworten, indem die Forscher die chimärischen Zellkügelchen in Sauen verpflanzten und beobachteten, ob und wie sich Mischlingsembryonen entwickelten. Das klappte in 180 Fällen. Nach einem Monat beendeten die Forscher die Versuche. „Die Entwicklungszeit ist lang genug, um mehr darüber herauszufinden, wie sich Zellen von Mensch und Schwein im frühen Entwicklungsstadium mischen können“, sagt Belmonte.

Foto: Juan Carlos Izpisua Belmonte

Dem Schweineembryo in einer sehr frühen Phase (li.) sollen menschliche Stammzellen (re.) injiziert werden. Dafür wurde die Eihülle zuvor per Laser an der mit rotem Kreuzchen markierten Stelle perforiert, damit die Stammzellen eindringen können.

Nach Angaben der Forscher ist der Anteil des Menschen an den sich entwickelnden chimärischen Wesen noch sehr gering: Er liegt bei 0,001 %. Für Anwendungen in der Medizin reicht das nicht. Immerhin haben sich die eingebauten menschlichen Stammzellen auf bestimmte Entwicklungslinien konzentriert. Sie lieferten etwa Vorläufer von Muskeln und wanderten nicht ins Zentralnervensystem ein. Gute Voraussetzungen, um eines Tages mittels Bioengineering gezielt vermenschlichte Gewebe zu designen, meinen die Forscher.

Mit Maus und Ratte ist Belmontes Team die Erschaffung funktionsfähiger chimärischer Organe bereits gelungen. Mithilfe der molekularen Präzisionsgenschere „Crispr“ entfernten die Forscher aus frühen Mäuseembryonen zuerst einzelne Gene, die für die Entwicklung bestimmter Organe wie Herz oder Bauchspeicheldrüse entscheidend sind. Dann übertrugen sie Stammzellen von Ratten in die Mäuseembryonen. Die Stammzellen übernahmen dabei die Regie für genau jene Gene, welche die Forscher zuvor entfernt hatten, und regten die Bildung und Entwicklung der betreffenden Organe an. So entstanden in den Mäusekörpern funktionsfähige Bauchspeicheldrüsen, die aus Rattenzellen bestehen.

Freilich sind die genetischen und immunologischen Unterschiede zwischen den beiden Nagerarten deutlich geringer als zwischen Schwein und Mensch. Deshalb wollen die Forscher die Gewebe und Organe aus den Schwein-Mensch-Chimären nun eingehend auf ihre genetische Zusammensetzung untersuchen. Möglicherweise könnten diese zunächst für Arzneimittel- oder Toxizitätstests genutzt werden.

Ob Chimären Einzug in Kliniken halten werden, bleibt abzuwarten. Mittels molekularer Genscheren lassen sich Schweinezuchtlinien genetisch und immunologisch präziser als je zuvor an den Menschen anpassen. Daran arbeiten auch Forscher hierzulande („Gentech-Schwein als Organspender“, Nr. 22/16). Eine „Xenotransplantation“, bei der artfremde Organe übertragen werden, erscheint vielen Forscher denn auch als die realistischere Alternative. Eine Anwendung am Menschen ist aber auch hier noch in weiter Ferne.

Am weitesten fortgeschritten sind Versuche mit genetisch angepassten Schweineherzen. Diese hatten US-Forscher an den National Institutes of Health in Bethesda mit Unterstützung von Kollegen der Ludwig-Maximilians-Universität München Pavianen in den Bauchraum eingesetzt, um zu prüfen, ob die Fremdorgane vom Immunsystem der Affen toleriert wurden. Ein Tier lebte immerhin 945 Tage mit dem zusätzlichen Schweineherzen. Als nächster Schritt sollen nun die Organe komplett ersetzt werden.

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