Reprogrammierung von Zellen (BREAKTHROUGH OF THE YEAR 2008)

Forschung aktuell Jänner 2009

Das angesehene Wissenschaftsmagazin Science veröffentlicht am Ende jedes Jahres eine Zusammenstellung von bahnbrechenden Arbeiten aus verschiedenen Forschungsbereichen. Bis Ende Jänner 2009 sind diese Beiträge frei zugänglich!
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2008 wurde unter anderem die Technik, adulte Zellen in den Zustand der Pluripotenz zu versetzen, ausgewählt:

G. Vogel: BREAKTHROUGH OF THE YEAR: Reprogramming Cells. Science 322 (2008): 1766–1767.
Eine ausführliche Literatur- und Linkliste sowie ein instruktives Video ergänzen das Angebot. www.sciencemag.org/

In dem Video stellt Shinya Yamanaka, dessen Arbeitsgruppe in Kyoto im Mausmodell aus adulten Leber- und Magenzellen pluripotente Stammzellen generieren konnte, seine neuesten Ergebnisse vor:
T. Aoi et al.: Generation of Pluripotent Stem Cells from Adult Mouse Liver and Stomach Cells. Science 321 (2008): 699–702
Siehe auch Forschung aktuell Mai 2008.

Neben dem Maussystem ist aber die Reprogrammierung von humanen Zellen natürlich von besonderem Interesse:

Die Umkehrbarkeit der biologischen Uhr durch Insertion von Genen erlaubt neue Einsichten in die Entwicklungsbiologie der Zelle.
Darüber hinaus können auch neue Einsichten in die Entstehung von Krankheiten gewonnen werden. Die große Leistung, Zellen von Patienten, die an den verschiedensten Krankheiten litten, in patientenspezifische iPS (= induzierte pluripotente Stammzellen) zu verwandeln, ist zweifelsohne ein wichtiger Meilenstein. Dies eröffnet der Forschung neue Möglichkeiten, die möglicherweise auch manchen Tierversuch überflüssig machen könnten. Über zehn Jahre wurde vergeblich nach Methoden gesucht, Zelllinien von Patienten mit seltenen Erkrankungen zu generieren, denn bisher gelang es nur in Ausnahmefällen, adulte Zellen in Langzeitkulturen am Leben zu erhalten.
 
Die von zwei unabhängigen Arbeitsgruppen im Abstand von nur einer Woche publizierten Arbeiten bedeuten aber auch für die individualisierte Zelltherapie einen wichtigen Fortschritt.
T. Dimos et al.: Induced Pluripotent Stem Cells Generated from Patients with ALS Can Be Differentiated into Motor Neurons. Science 321 (2008): 1218
I. H. Park et al.: Disease-specific induced pluripotent stem cells. Cell 134(5) (2008): 877–86.

Das alles macht die Euphorie der Juroren von Science verständlich, was sich nicht nur in der Ankündigung: „Trailblazing stem cell research offering potential treatments for ‘incurable’ diseases“, sondern auch im futuristischen Titelbild des Science-Magazins vom 19. Dezember 2008 niederschlägt:
www.sciencemag.org/

Zur Freude gesellt sich aber auch die nötige Selbstkritik. Der in unserer schnelllebigen Zeit schon wieder vergessene Wissenschaftsskandal um eine südkoreanische Arbeitsgruppe betraf Science und führte dazu, dass Arbeiten, die trotz des strengen Beurteilungsverfahrens nicht als Fälschungen erkannt worden waren, zurückgezogen werden mussten.
Siehe Forschung aktuell vom Feb. 2006.

Daher ist auch jetzt bei aller Freude über wissenschaftliche Fortschritte darauf hinzuweisen, dass Forschungsergebnisse auf langer, geduldiger Arbeit beruhen, was nicht immer den Interessen von Geldgebern und Öffentlichkeit entspricht. Auch Patienten, die mit konventionellen Methoden nicht geheilt werden können, üben zunehmend Druck aus. Gerade deshalb dürfen nicht voreilig falsche Hoffnungen geweckt werden.

Wie sehr die Materie im Fluss ist, zeigen folgende erwähnenswerte Beiträge, die ebenfalls im Heft vom 19. 12. 2008 erschienen sind:
Review: J. B. Gurdon, D. A. Melton: Nuclear Reprogramming in Cells. Science 322 (2008): 1811–1815

Das gelungene direktes Reprogrammieren des Zellkernes ist der vorläufige Endpunkt einer langen Entwicklung, die über Klonexperimente am Frosch, den Kerntransfer in somatische Zellen bei Säugetieren, Zellfusionsexperimente, schließlich zur Möglichkeit der Beeinflussung der Genexpression im Zellkern bestimmter Zellen führte.

Diese Forschungen eröffnen nicht nur die Möglichkeit einer individuellen Zelltherapie (Reprogrammierung von z. B. Hautzellen eines Menschen in Hirnzellen), sondern lassen auch auf neue Möglichkeiten der Manipulation von Spenderzellen hoffen. Zelluläre Reprogrammierung könnte in Zukunft die heute übliche und zur Verbeugung von Abstoßungsreaktionen unbedingt notwendige Immunsuppression bei Übertragung fremder Zellen oder Organe ablösen. Dieser Weg ist aber eben erst in der Grundlagenforschung beschritten worden, wie die folgenden Überlegungen zeigen:
Perspectives: St. Buratowski: Gene Expression: Where to Start? Science 322 (2008): 1804–1805

Wie komplex die Vorgänge in lebenden Organismen sind und wie sehr daher vor jeder verfrühter Euphorie nicht eindringlich genug gewarnt werden kann, zeigt die folgende Arbeit:
A. Colmone et al.: Leukemic Cells Create Bone Marrow Niches That Disrupt the Behavior of Normal Hematopoietic Progenitor Cells. Science 322 (2008): 1861–1865.

Tumorzellen haben Einfluss auf die Entstehung des Mikroenvironments und beeinflussen dadurch normale Abwehrzellen.
Der schmale Grat zwischen der gewollten Beeinflussung eines pathologischen Geschehens und dem Eingriff in komplexe physiologische Regelmechanismen mit nicht abschätzbaren Auswirkungen mahnt zur Vorsicht bei der Übertragung von Ergebnissen der Grundlagenforschung in die klinische Anwendung.