Vielseitige Alleskönner: Forscher haben erstmals einen besonders vielseitigen Stammzellentyp aus Schweine- und Menschenzellen gewonnen. Das Besondere dieser speziellen embryonalen Stammzellen: Sie entsprechen dem ganz frühen Stadium der befruchteten Eizelle und verfügen daher über ein sehr großes Entwicklungspotenzial. Damit könnten sie neue Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung eröffnen, wie das Team berichtet.
Während der Embryonalentwicklung müssen sich viele Zellen bilden, die im Körper später ganz unterschiedliche Funktionen übernehmen. All diese Zellen gehen aus Stammzellen hervor, den zellulären Alleskönnern des frühen Embryos. Sie können sich noch in jeden beliebigen Zelltyp entwickeln – Experten sprechen von Pluripotenz. Diese Eigenschaft macht die Stammzellen auch für die Forschung interessant: zum Beispiel im Bereich der regenerativen Medizin.
Prinzipiell können Wissenschaftler embryonale Stammzellen gewinnen, indem sie die frühen pluripotenten Stammzellen aus der inneren Zellmasse einer Blastozyste entnehmen und in Kultur bringen. Trotzdem sind diese künstlich gezüchteten Zellen nicht immer so entwicklungsfähig wie im ganz frühen Embryo. „Menschliche embryonale Stammzellen entsprechen meist einem späteren Entwicklungsstadium und somit einem anderen Pluripotenz-Stadium“, erklären Forscher um Xuefei Gao von der Universität Hongkong.
Besonders entwicklungsfähig
Nur bei Mäusen war es Wissenschaftlern bisher gelungen, embryonale Stammzellen mit einem besonders großen Entwicklungspotenzial (EPSC) zu kultivieren. Doch das hat sich nun geändert: Das Forscherteam um Gao hat Ähnliches erstmals auch mit Zellen von Schweinen und Menschen geschafft.
Für ihre Studie untersuchten die Forscher die unterschiedlichen Entwicklungsstadien von Stammzellen und welche molekularen Mechanismen diesen zugrunde liegen. Auf diesem Weg identifizierten sie Möglichkeiten, die Differenzierung der Stammzellen biochemisch zu beeinflussen. So gelang es ihnen, einen besonders vielseitigen Typ embryonaler Zellen zu erzeugen und unter Laborbedingungen zu vermehren.
Gezielte Umprogrammierung
„Die von uns gewonnenen EPSC sind etwas ganz Besonderes, denn sie haben ein größeres Entwicklungspotenzial als normale embryonale Stammzellen“, sagt Mitautor Heiner Niemann vom Friedrich-Loeffler-Institut in Neustadt. „Sie können sich nicht nur zu allen Zelltypen entwickeln, sondern auch extraembryonales Gewebe bilden, das den Embryo umhüllt und später wesentliche Teile der Plazenta bildet – den Trophoblasten.“ Diese Fähigkeit besäßen sonst nur befruchtete Eizellen vor der eigentlichen Zellteilung und einzelne Blastomere ganz zu Anfang der Entwicklung.
Wie die Forscher berichten, klappte die Umprogrammierung zum frühen pluripotenten Stadium sowohl bei Schweinezellen als auch bei menschlichen embryonalen Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen. Dass solche Zellen nun nicht mehr nur mithilfe von Mäusen hergestellt werden können, ist nach Ansicht des Teams ein wichtiger Schritt – vor allem die Schweinezellen bieten demnach ideale Voraussetzungen für die biomedizinische Forschung.
Forschung ohne Embryonen?
„Das Schwein ist ein zunehmend bedeutsames Modell“, erklärt Niemann. Der Grund: Die Tiere sind uns Menschen in vielen Punkten sehr ähnlich, so sind zum Beispiel ihre Organe in etwa gleich groß. Zudem lassen sich Schweinezellen den Forschern zufolge einfacher genetisch verändern als menschliche, weil die Methoden dafür besser etabliert sind als im Humanbereich. „Aus Schweinezellen lässt sich möglicherweise universell verfügbares und verträgliches Gewebe erstellen, das in einer Zellbank eingelagert werden kann“, meint Niemann.
Und noch etwas könnte mit dem Verfahren möglich werden: Angesichts ihres größeren Entwicklungspotenzials können sich die neuen Stammzellen unter den richtigen Bedingungen möglicherweise zu vollständigen Blastozysten entwickeln, wie die Wissenschaftler spekulieren. Damit gäbe es eine Möglichkeit, die frühen Stadien der menschlichen Entwicklung zu erforschen – ohne Embryonen nutzen zu müssen.
Bis es soweit ist, müssen die Ergebnisse jedoch zunächst von anderen Forschergruppen bestätigt werden. „Wir stellen unsere Arbeit der wissenschaftlichen Community zur Verfügung, damit sie überprüft werden kann, um zu beweisen, dass die Daten solide sind“, schließt Niemann. (Nature Cell Biology, 2019; doi: 10.1038/s41556-019-0333-2)
Quelle: Medizinische Hochschule Hannover
