Stammzellen wiedergeboren

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Ende 2003 dachten Forscher von Advanced Cell Technology, einem kleinen Biotech-Startup in Worcester, MA, etwas Bemerkenswertes zu tun. Sie hatten mühsam geklonte menschliche Embryonen aus erwachsenen Zellen erzeugt und versuchten, diese lange genug am Leben zu erhalten, um ihre inneren Zellmassen zu gewinnen, wertvolle Zellbälle, aus denen Stammzellen entstehen.

Es war einer der begehrtesten Preise der biomedizinischen Forschung: eine Möglichkeit, embryonale Stammzellen direkt aus beispielsweise einer Hautzelle eines bestimmten Patienten zu züchten. Es war auch eines der spekulativsten Projekte der Biomedizin; Tatsächlich waren die Wissenschaftler von Advanced Cell Technology (ACT) das einzige Team in den Vereinigten Staaten, das dies aktiv verfolgte. Aber Robert Lanza (siehe Stem Cell Hope), der die Gruppe leitete, glaubt, dass sein Team bei ACT kurz vor dem Erfolg stand. Wenn er Recht hatte und die Arbeit fortgesetzt worden wäre, hätte das Unternehmen mit ziemlicher Sicherheit den Schlüssel zu einem revolutionären neuen Satz biomedizinischer Werkzeuge in der Hand gehabt – und möglicherweise zu neuen Behandlungsmethoden für eine Vielzahl verschiedener Krankheiten.



Doch im Februar 2004 wurden die Hoffnungen der ACT-Wissenschaftler zunichte gemacht. Ein südkoreanischer Stammzellwissenschaftler namens Hwang Woo Suk von der Seoul National University und seine Kollegen gaben in der Zeitschrift bekannt Wissenschaft dass sie patientenspezifische Stammzellen erzeugt hatten. Der Erfolg machte Hwang zu einem wissenschaftlichen Star. Sein Land ernannte ihn zu seinem höchsten Wissenschaftler und ehrte ihn mit einer Briefmarke, die einen gelähmten Mann zeigt, der wieder gehen kann. Die Patienten forderten, Teil seiner Arbeit zu sein. Hwang nahm seine Rolle als internationaler Stammzellstar an und kündigte Pläne an, einen sogenannten World Stem Cell Hub zu schaffen, in dem Mitglieder seines Labors Stammzelllinien für Wissenschaftler auf der ganzen Welt klonen und kultivieren würden.

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Was einst ein furchtbar riskantes Gebiet gewesen war, in das sich viele Wissenschaftler nicht wagten, wurde nun eine Möglichkeit, sagt Evan Snyder, Direktor des Stammzellen- und Regenerationsprogramms am Burnham Institute for Medical Research in La Jolla, Kalifornien. Viele US-Forscher, die nicht selbst mit Klonarbeiten beginnen konnten oder wollten, begannen, eine Zusammenarbeit mit den koreanischen Wissenschaftlern zu planen. Wir wussten, dass das Klonen viel Zeit und Geld kosten würde, und die koreanische Regierung war bereit, dieses eine Problem so stark in Angriff zu nehmen, sagt Snyder. Als das geschafft zu sein schien, sagten viele von uns: Nun, das ist eine Erleichterung. Jetzt können wir die echten wissenschaftlichen Experimente durchführen.

Lanza und seine Kollegen, die dem Klonen von Stammzellen so nah gewesen waren, sahen jedoch niedergeschlagen zu. Es sei peinlich, sagt Lanza. Diese obskure Gruppe gab bekannt, dass sie es getan hatte. ACT stand bereits finanziell auf wackligen Füßen, aber Hwangs Leistung machte seine Situation noch prekärer. Das Unternehmen verlor auch abrupt die Versorgung mit menschlichen Eizellen – einem wichtigen Bestandteil der Klonforschung –, weil Kliniken, die Spenderprogramme durchführten, keine Notwendigkeit mehr sahen, sich an Forschungen zu beteiligen, deren zentrales Ziel erreicht worden war. Infolgedessen mussten die Wissenschaftler ihre Arbeit buchstäblich auf Eis legen. Wir mussten viele unserer Zellen einfrieren. Es hat diese Forschung eingestellt, und seitdem hat es keine aktive Forschung mehr gegeben, sagt Lanza. Es gab offensichtlich keinen Ruhm – oder Gewinn –, den zweiten Platz zu erreichen.

Nur war nichts davon wahr. Ab Mai 2004 sickerten Berichte ein, dass Hwang mit unethischen Mitteln Eier für seine Klonforschung beschafft und darüber gelogen hatte. Im Dezember 2005 wurde klar, dass die Täuschung viel umfassender war. Hwangs Forschung zum Klonen von Menschen schien ein spektakulärer Betrug zu sein: Ermittler von Hwangs Universität fanden keine Beweise dafür, dass sein Team geklonte Stammzelllinien hergestellt hatte.

Es war, als würde man einem Autounfall in Zeitlupe zusehen. Das Ausmaß des Problems sei wirklich erschreckend, sagt Snyder. Die Welt war auf die Zeit vor 2004 zurückgesetzt worden, wie als Superman die Welt rückwärts drehte. Wenn Sie 2004 das Klonen verfolgten, begannen Sie es erneut. Wenn Sie an der Seitenlinie saßen, saßen Sie wieder an der Seitenlinie.

Aber einige Forscher konnten die Uhr nicht zurückdrehen. In den Monaten seit Hwangs Ankündigung hatten die Investoren von ACT das Interesse an der Herstellung patientenspezifischer Stammzellen verloren, und die Wissenschaftler des Unternehmens konzentrierten sich nun auf die Entwicklung weniger riskanter Stammzelltherapien. Wir wurden als Versager wahrgenommen, obwohl wir tatsächlich am weitesten vorne waren, sagt Lanza, Vizepräsident für medizinische und wissenschaftliche Entwicklung bei ACT. Wir hatten ein Jahr Arbeit verloren und gingen zu anderen Dingen über.

Die eigentliche Arbeit hat gelitten, weil dieser Typ ein Spiel spielte, fährt Lanza fort. Ich weiß, dass ich dafür kritisiert werden werde, aber ich glaube wirklich, dass wir ein Protokoll hatten, das reproduzierbar und unkompliziert gewesen wäre, und wir hätten jetzt mit Therapien beginnen können.

Sechs Monate nachdem die Einzelheiten des Betrugs bekannt wurden, bereiten sich Lanza und Gruppen unter anderem an der Harvard University und der University of California, San Francisco, darauf vor, neue Programme zum Klonen von Stammzellen aus adulten Spenderzellen zu starten – ein Prozess, der normalerweise als somatisch bezeichnet wird -Zellkerntransfer oder therapeutisches Klonen. Trotz der technischen und politischen Hürden sind die Wissenschaftler überzeugt, dass der Nukleartransfer enorme Auswirkungen auf die Medizin haben wird. Sie glauben, dass geklonte Stammzellen am unmittelbarsten als Modelle verwendet werden könnten, um menschliche Krankheiten zu untersuchen und neue Medikamente mit beispielloser Genauigkeit zu testen; Schließlich könnten Stammzellen direkt in Patienten transplantiert werden, um degenerative Krankheiten zu heilen.

Der koreanische Betrug, obwohl er für Lanza eindeutig verheerend war, könnte das Feld versehentlich in Schwung gebracht haben. Die Hwang-Episode war sehr destruktiv, sagt Ronald Green, ein Ethiker am Dartmouth College. Aber Hwangs Behauptungen gaben den Menschen einen Eindruck davon, was mit geklonten Stammzellen möglich wäre, und die Folge war ein erneutes Interesse am therapeutischen Klonen.

Wissenschaftler, die eine Zusammenarbeit mit Hwang geplant hatten, hatten monatelang ernsthaft darüber nachgedacht, was sie mit geklonten Stammzellen tun könnten, von der Entwicklung neuer Werkzeuge zur Aufklärung der Krankheiten, die sie jahrzehntelang untersucht hatten, bis hin zur Erforschung neuer Behandlungsmethoden. Die Aufregung, die diese Möglichkeiten auslösten, sowie der neue Geldzufluss aus staatlichen und privaten Quellen ließen viele nicht länger am Rande warten. Snyder, ein pädiatrischer Neurologe und Neonatologe, der neue Behandlungsmethoden für seine Patienten entwickeln möchte, erwägt nun, ein eigenes Klonprogramm zu starten. Die Bereitschaft, in diesen Bereich einzusteigen, ist größer, und ich denke, das wird sich fortsetzen, sagt er.

Krankheitsauszahlung
In einem Gefrierschrank in La Jolla, Kalifornien, befindet sich eine Bank mit gefrorenen Hautzellen, die von Patienten mit einer seltenen und verheerenden genetischen Erkrankung namens Lesch-Nyhan-Krankheit gesammelt wurden. Kinder, die mit der Krankheit geboren werden, haben einen genetischen Fehler, der dazu führt, dass sie zu viel Harnsäure produzieren, die sich in ihrem Gewebe ansammelt. Sie leiden auch an großen neurologischen Problemen in ungefähr demselben Teil des Gehirns, der von der Parkinson-Krankheit befallen ist, was zu motorischen und kognitiven Problemen führt. Niemand verstehe, warum ein Defekt dieses Gens zu einem Defekt im Gehirn führt, sagt Theodore Friedmann, Kinderarzt und Genetiker an der University of California in San Diego, der die Krankheit seit fast 40 Jahren erforscht.

Vor etwa zwei Jahren begann Friedmann, Experte für Gentherapie, darüber nachzudenken, wie Stammzellen seinen Patienten helfen könnten. Embryonale Stammzellen haben zwei wertvolle Eigenschaften: Sie können sich unter den richtigen Bedingungen selbst regenerieren – indem sie sich zu identischen neuen Zellen teilen – und sie sind pluripotent, d. h. sie können sich zu fast jedem Zelltyp des Körpers entwickeln. Diese großartige Geschmeidigkeit fasziniert Wissenschaftler wie Friedmann, die von dem Tag träumen, Stammzellen zu nehmen, sie zu neuen Gehirn- oder Leberzellen zu überreden und sie Patienten mit Parkinson oder Organversagen zu transplantieren.

Wissenschaftler haben bereits gezeigt, dass Stammzellen bei Tieren unter anderem bei der Behandlung von Herzkrankheiten, Rückenmarksverletzungen und Sichelzellenanämie helfen können. Ratten mit beschädigtem Rückenmark erlangten nach Injektionen von neuralen Vorläuferzellen aus embryonalen Stammzellen eine gewisse Mobilität zurück. Stammzellen, die in das Herzgewebe von Ratten transplantiert werden, können helfen, beschädigte Herzmuskeln zu heilen.

Aber bevor ähnliche Therapien bei Menschen getestet werden können, müssen Wissenschaftler das Problem der Immunabstoßung lösen. Transplantierte Stammzellen, die heute aus verworfenen Embryonen gewonnen werden, unterscheiden sich genetisch von ihren Empfängern; Sie bergen daher wie Spendernieren das Risiko, eine Immunantwort zu provozieren. Das bedeutet, dass selbst die fortschrittlichsten Behandlungen noch Jahre von einer klinischen Anwendung entfernt sind. Das therapeutische Klonen ist eine Möglichkeit, Stammzellen für die Transplantation geeignet zu machen, da es Zellen liefert, die die DNA ihrer Empfänger teilen.

Theoretisch könnten geklonte Stammzellen Friedmanns Patienten helfen; Wissenschaftler könnten den genetischen Defekt in den Zellen beheben, bevor sie sie implantieren. Die Aussicht auf eine solche revolutionäre Behandlung hat sowohl die Öffentlichkeit als auch die Medien am meisten fasziniert. Friedmann und Snyder konzentrieren sich jedoch auf eine Anwendung, die weitreichendere Auswirkungen haben könnte – und die näher liegt. Anstatt die Zellen selbst als Therapieform einzusetzen, wollen die Forscher damit die Lesch-Nyhan-Krankheit untersuchen und neue Therapien testen. Experten sagen, dass diese Art der Anwendung unser Verständnis davon, wie sich jede Krankheit mit einer genetischen Komponente auf zellulärer Ebene entwickelt, dramatisch verbessern könnte. Sie könnten eine Stammzelllinie mit ALS oder Parkinson herstellen, indem Sie die DNA eines Patienten verwenden, der wirklich die Symptome hat, sagt Snyder.

Wissenschaftler könnten die Zellen dazu anregen, sich zu einem durch eine Krankheit geschädigten Zelltyp zu entwickeln, wie etwa Dopamin-Neuronen bei Parkinson, und den komplizierten Verlauf der Krankheit von ihren frühesten Anfängen bis zu ihrem endgültigen Zelltod untersuchen. Da die Zellen genetisch mit der DNA des Patienten identisch wären, würden sie viele der gleichen molekularen Veränderungen durchmachen, die der Krankheit des Patienten zugrunde liegen.

Ian Wilmut, der britische Wissenschaftler, der beim Klonen des Schafs Dolly geholfen hat, hofft, Stammzellen in einer Schale in Motoneuronen umzuwandeln, die Art von Nervenzellen, die bei der Lou-Gehrig-Krankheit (auch bekannt als amyotrophe Lateralsklerose oder ALS) verwüstet werden. Die Schaffung einer Stammzelllinie mit der Krankheit würde es Wissenschaftlern ermöglichen, zu untersuchen, wie diese Neuronen erkranken und sterben, und nach Wegen zu suchen, die Abwärtsspirale der Krankheit zu verlangsamen oder zu stoppen. Ich denke, dass Krankheitsmodelle, wie die, die wir entwickeln wollen, kurzfristig und vielleicht auch langfristig mehr zur Behandlung von Krankheiten beitragen werden, als Stammzellen für Gewebetransplantationen zu klonen, sagt Wilmut.

Einer der Hauptvorteile geklonter Stammzellen besteht darin, dass sie es Wissenschaftlern ermöglichen würden, genaue Modelle einer Krankheit zu erstellen, ohne zuerst die zugrunde liegende Genetik zu bestimmen. Bei vielen sporadischen Erkrankungen wissen wir, dass es eine genetische Komponente gibt, aber es ist nicht klar, was es ist oder wie es zur Entwicklung der Krankheit beiträgt, sagt Larry Goldstein, ein Neurowissenschaftler an der UCSD, der die Alzheimer-Krankheit untersucht. Wir haben viele Hypothesen, und ich denke, diese Methodik wird uns in die Lage versetzen, diese Hypothesen zu testen. Und wenn eine richtig ist, haben wir eine Richtung für die Therapie.

Ein Stammzellmodell der Alzheimer-Krankheit würde es Wissenschaftlern auch ermöglichen, zu untersuchen, was die Krankheit tut, bevor Symptome auftreten, und möglicherweise frühdiagnostische Tests zu erstellen. Wenn ein Alzheimer-Patient mit kognitiven Problemen zum Arzt geht, ist das Gehirn deutlich – und möglicherweise irreversibel – geschädigt. Die Gehirne von Menschen zu studieren, die bereits gestorben sind, ist wie die Untersuchung eines Flugzeugabsturzes, nachdem das Flugzeug auf den Boden gestürzt ist – man betrachtet das Wrack, sagt Goldstein. Wir wollen uns die Blackbox der Alzheimer-Krankheit anschauen. Was passiert in diesen Zellen vor dem Absturz?

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Um nach frühen Anzeichen der Erkrankung zu suchen, könnten Wissenschaftler aus der DNA eines Alzheimer-Patienten Stammzellen erzeugen, die Zellen dann dazu bringen, sich zu Neuronen zu differenzieren, um sie auf die Produktion spezifischer Proteine ​​oder andere molekulare Veränderungen zu überwachen, die in Neuronen aus gesunden embryonalen Zellen nicht beobachtet werden Stammzellen. Der gleiche Ansatz könnte bei Krebs funktionieren, der durch eine Reihe schädlicher genetischer Veränderungen gekennzeichnet ist. Wir möchten wissen, wann Unterschiede in Krankheitszellen frühestens erkannt werden können, sagt Renee A. Reijo Pera, Co-Direktorin des UCSF-Programms zur Biologie der humanen embryonalen Stammzellen.

Geklonte Stammzellen können auch eine viel effektivere Methode zum Testen von Medikamenten bieten. Sehr oft geben die für eine bestimmte Krankheit existierenden Tiermodelle nicht wirklich authentisch nach, was in einem Menschen vor sich geht, sagt Snyder. Mithilfe von Modellen, die auf Stammzellen basieren, könnten Wissenschaftler Medikamente in verschiedenen Krankheitsstadien testen und nach Verbindungen suchen, die eine Person mit einem Risiko beispielsweise für Alzheimer daran hindern könnten, die Krankheit überhaupt zu entwickeln, oder nach Verbindungen, die aufhören oder umkehren das Fortschreiten der Schädigung bei Menschen, die bereits an der Krankheit leiden.

Snyder hofft schließlich, Stammzellmodelle für viele verschiedene neurodegenerative Erkrankungen zu erstellen. Sein erster Schritt wird in Zusammenarbeit mit Friedmann darin bestehen, die gefrorenen Hautzellen der UCSD zu verwenden, um Stammzellen mit Lesch-Nyhan-Krankheit zu erzeugen. Snyder hoffte ursprünglich, dass Hwang ihm den Klonprozess beibringen würde. Aber jetzt planen die Wissenschaftler, das Projekt zum therapeutischen Klonen eigenständig in Angriff zu nehmen und arbeiten an der behördlichen Zulassung und staatlichen oder privaten Finanzierung.

Ethische Eier?
Um normale Stammzelllinien zu erzeugen, beginnen Wissenschaftler mit einem befruchteten Embryo, der normalerweise aus einer Klinik für In-vitro-Fertilisation entsorgt wird. Sie sammeln einen spezialisierten Zellballen, die sogenannte innere Zellmasse, aus dem Embryo, der gerade fünf bis sechs Tage alt ist. In einer Schale kultiviert, entwickeln sich die Zellen zu einer Linie embryonaler Stammzellen, die sich je nach Bedingungen entweder selbst regenerieren oder sich in spezialisierte Zelltypen wie Herzzellen, Leberzellen oder Gehirnzellen differenzieren können. Wissenschaftler müssen ständig neue Stammzelllinien herstellen, da bestehende Linien Mutationen anhäufen können, die sie für Therapien und viele Arten von Forschung ungeeignet machen.

Geklonte Stammzellen sind jedoch noch schwieriger herzustellen als normale embryonale Stammzellen. Wissenschaftler entnehmen die DNA einer differenzierten Zelle, beispielsweise einer Hautzelle, und fügen sie in ein Ei ein, dem die eigene DNA entzogen wurde. Das Ei beginnt sich dann zu teilen, ähnlich wie es ein normaler Embryo tun würde. Wenn es lange genug überlebt, kann seine innere Zellmasse geerntet und zum Züchten von Stammzellen verwendet werden. Wissenschaftler haben Stammzellen aus geklonten Mausembryonen erzeugt, diese Leistung jedoch nicht beim Menschen repliziert. Im Gegensatz zu natürlich befruchteten Embryonen sind geklonte Embryonen schwer lange genug am Leben zu erhalten – fast eine Woche –, damit ihre inneren Zellmassen gesammelt werden können.

Hwang hatte behauptet, dies mit einer geringen Anzahl von Eiern mit bemerkenswerter Effizienz zu tun. Menschliche Eizellen sind eine kostbare Ressource, die sehr schwer zu bekommen ist, daher ist der sparsame Umgang mit Eizellen entscheidend, um einen nuklearen Transfer praktikabel zu machen. Spätere Untersuchungen ergaben jedoch, dass Hwang und Kollegen nicht nur über ihre Ergebnisse, sondern auch über die Anzahl der Eier, die sie in ihren Experimenten verwendeten, logen. Laut einem Bericht des südkoreanischen National Bioethics Committee hat Hwang in seinen fehlgeschlagenen Experimenten 2.221 Eier verwendet, anstatt der 427 Eier, die in seinen beiden gemeldet wurden Wissenschaft Papiere. Wissenschaftler haben keine Ahnung, wie viele Eier erforderlich sind, um eine Linie menschlicher Stammzellen erfolgreich zu klonen.

Wenn der Kern einer erwachsenen Zelle in ein Ei eingebracht wird, drehen einige unbekannte Faktoren im Ei die Uhr zurück und versetzen es in seinen embryonalen Zustand zurück. Es ist wie das Drücken der Neuformatierungstaste auf einem Computer. Sie formatieren sie um, um eine andere Art von Zelle zu werden, sagt Snyder. Wir verstehen die molekularen Wege, die dies tun, nicht…. Soweit wir wissen, ist das einzige, was dies tun kann, das Ei.

Laut Kevin Eggan, einem Molekular- und Zellbiologen in Harvard, der die Genehmigung seiner Universität für den Beginn der Nukleartransferforschung anstrebt, ist nicht klar, wie viele Eizellen wir benötigen oder wie viele Frauen zur Eizellenspende vortreten werden. Eggan, der auch im Ethik-Review-Ausschuss des California Institute for Regenerative Medicine sitzt (und 2005 Mitglied des TR35 war), sagt, dass er einen Großteil des letzten Jahres damit verbracht hat, sich über die ethischen und medizinischen Fragen im Zusammenhang mit der Eizellspende zu informieren. Viele Wissenschaftler sagen, dass der Zugang zu Eiern über den Erfolg des therapeutischen Klonens entscheidet. Wir haben eine Therapie, die die Medizin hätte revolutionieren können, wie Antibiotika, aber wir haben einen Engpass, der sie zunichte macht, sagt Lanza.

Das Eizellspendeverfahren ist unangenehm und potenziell schmerzhaft und birgt ein gewisses medizinisches Risiko. Frauen müssen sich einer Hormonbehandlung unterziehen, um den Eisprung zu stimulieren, Beratungsgesprächen, um die damit verbundenen Risiken zu verstehen, und einem medizinischen Verfahren, bei dem eine Nadel in die Vagina eingeführt wird, um Eier aus dem Eierstock zu entfernen. Ein kleiner Prozentsatz der Spender entwickelt ein ovarielles Hyperstimulationssyndrom, das in seltenen Fällen zu Nierenversagen führen kann.

Selbst leidenschaftliche Befürworter sind sich nicht einig, wie die Eizellspende am ethischsten behandelt werden soll. Einige Wissenschaftler wollen überhaupt keine menschlichen Eier verwenden. Wir halten es für unangemessen, Frauen einem riskanten und potenziell gefährlichen Verfahren zu unterziehen, wenn wir die Effizienz nicht kennen, sagt Stephen Minger, ein Wissenschaftler am King's College London, der plant, die Genehmigung der britischen Regierung zum Klonen von menschlichem Stamm zu beantragen Zellen mit tierischen Eiern. Diejenigen, die menschliche Eizellen verwenden möchten, sind sich nicht einig, ob Frauen für ihre Spenden bezahlt werden sollen. Gegner befürchten, dass die Zahlung einige Frauen dazu bewegen könnte, sich dem Verfahren zu unterziehen, ohne die Risiken zu verstehen. Andere wiederum meinen, Entschädigung sei der ethischste Ansatz. Als ACT dies tat, bezahlten wir Eizellspenderinnen, sagt Green. Ich bin weiterhin der Meinung, dass dies der beste Weg ist. Es ist fair und offen und führt am wenigsten zur Umgehung.

Laut Lanza brachen alle Frauen, die sich kürzlich wegen der Eizellspende an ACT wandten, aus dem Prozess ab, als sie erfuhren, wie viel Zeit dafür benötigt wurde. Lanza sagt, er plane immer noch, fortzufahren, sobald er eine neue Eierquelle finden kann. Wenn ich gerade erst anfangen würde, würde ich es wahrscheinlich nicht tun, sagt er. Manchmal verbringe ich mehr Zeit am Telefon mit Anwälten als in der Wissenschaft….Aber wir haben so viel Zeit und Energie und so viel von uns selbst investiert, dass wir dies zu Ende führen wollen. Ich habe immer noch das Gefühl, dass [Kerntransfer] bei verschiedenen Krankheiten eine sehr wichtige Rolle spielt.

Lanza vermutet, dass der therapeutische Einsatz geklonter Stammzellen aufgrund des Eiermangels und der unbekannten Effizienz des Klonprozesses eher einer Nierentransplantation als der Einnahme eines häufig verschriebenen Medikaments ähnelt. Wir erkennen an, dass es nicht die allgemeine Heilung ist, die wir uns erhofft hatten, aber ich bin überzeugt, dass es einige Menschen retten wird, sagt er. Vielleicht würde eine Mutter eine Runde Eizellen spenden, um Stammzellen für ihr krankes Kind herzustellen.

Bundessperrung
Während sich amerikanische Wissenschaftler auf den neuen Wettlauf um den Nukleartransfer vorbereiten, stehen sie vor vielen der gleichen Hürden, mit denen die meisten von ihnen vor zwei Jahren in den Startlöchern standen. Hwang hatte riesige Geldsummen von der koreanischen Regierung, ein begeistertes Publikum und einen enormen, wenn auch ethisch unbedenklichen Vorrat an menschlichen Eiern. US-Wissenschaftler sehen sich einer intensiven öffentlichen Kontrolle, einer Regierung gegenüber der Forschung an embryonalen Stammzellen und einem ständigen Kampf um Finanzierung durch private Investoren ausgesetzt.

Im Jahr 2001 beschränkte Präsident Bush die Bundesmittel für die Forschung an embryonalen Stammzellen auf die Arbeit mit einer kleinen Anzahl bereits existierender Zelllinien. Diese Politik hat eine verheerende Wirkung auf das Feld ausgeübt. Wissenschaftler, die an neu gewonnenen embryonalen Stammzelllinien forschen oder selbst neue Linien gewinnen wollen – wie es beim Kerntransfer notwendig ist – müssen private Geldquellen finden.

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Wissenschaftler und Universitätsverwaltungen stehen zudem vor der mühsamen Aufgabe, alle öffentlich und privat finanzierten Forschungen zu trennen. Es bedeutet, dass jeder 10-Pfund-Gewichte an seinen Füßen schleppt, sagt Greg Simon, Präsident von FasterCures, einer in Washington, DC ansässigen Interessenvertretung, die darauf abzielt, die Entwicklung neuartiger Therapien zu beschleunigen. Wir verbringen viel Zeit damit, staatliche Gelder von privaten Geldern zu trennen, obwohl wir unsere Zeit mit der Forschung verbringen sollten.

Die Blockade des Bundes bedeutet auch, dass die National Institutes of Health, das größte biomedizinische Forschungsinstitut des Landes, ihre standardmäßige regulatorische Rolle aufgegeben haben und viele Wissenschaftler in einem Vakuum arbeiten. Die National Academy of Sciences hat versucht, einen Teil der Lücke zu schließen, indem sie 2005 einen unverbindlichen Leitfaden für die Stammzellforschung veröffentlichte und Anfang dieses Jahres einen Kontrollausschuss für die Stammzellforschung einrichtete.

Viele Landesregierungen sahen sich gezwungen, einzugreifen und die Stammzellforschung sowohl zu regulieren als auch zu finanzieren. Bisher haben Kalifornien, Connecticut, Massachusetts und New Jersey Gesetze verabschiedet, die die Forschung an embryonalen Stammzellen, einschließlich der Arbeit an geklonten Embryonen, erlauben. Arkansas, Indiana, Iowa, Michigan, North Dakota und South Dakota verbieten die Forschung an geklonten Embryonen.

Darüber hinaus verfügen Kalifornien, Connecticut und New Jersey über zweckgebundene staatliche Mittel zur Unterstützung der Stammzellforschung, die nicht von der Bundesregierung finanziert wird. Die kalifornische Initiative, mit 3 Milliarden US-Dollar bei weitem die größte, ist auf Schritt und Tritt auf Fallstricke gestoßen, die die Schwierigkeiten demonstrieren, die entstehen, wenn Staaten in das Forschungsfinanzierungsgeschäft einsteigen. Das California Institute for Regenerative Medicine, die durch die staatliche Proposition 71 geschaffene Aufsichtsbehörde, hat sich mit Vorwürfen von Interessenkonflikten zwischen denen auseinandergesetzt, die die Verteilung der Mittel bestimmen, und mit Kontroversen darüber, wie der Staat die finanziellen Vorteile der Stammzellforschung ernten wird – ein Versprechen, das Teil des Angebots war.

Fast die gesamte Forschung an embryonalen Stammzellen in den Vereinigten Staaten sieht sich mit Finanzierungshindernissen und ethischen Einwänden konfrontiert, aber da der Kerntransfer das umstrittenste Thema auf diesem Gebiet ist, geht es nicht nur um die Zerstörung, sondern auch um die Schaffung von Embryonen speziell für die Forschung – Wissenschaftler und Universitäten, die Nukleartransferprogramme planen, sind äußerst vorsichtig. Im Rampenlicht steht jeder, der diese Art von Forschung betreibt, sagt Lanza. Das Gesetz von Massachusetts schreibt beispielsweise strafrechtliche Sanktionen für Personen vor, die gegen Gesetze zur Beschaffung von Eizellen und Embryonen verstoßen. Wenn wir irgendwo ausrutschen, werden wir gekreuzigt, sagt Lanza.

Andere Länder haben ein viel günstigeres Umfeld für die Forschung an embryonalen Stammzellen, was ihnen die Führung im neuen Wettlauf um den perfekten Kerntransfer verschafft. In Großbritannien beispielsweise ist die Stammzellforschung stärker reguliert, aber auch viel offener. Wissenschaftler beantragen bei einer zentralen Regierungsbehörde die Erlaubnis, Forschung an menschlichen Embryonen durchzuführen. Zusammenfassungen der geprüften Forschungsanträge – einschließlich derjenigen, die einen nuklearen Transfer betreffen – werden zusammen mit einer Erläuterung der Genehmigungskriterien zur öffentlichen Bewertung online gestellt. In Großbritannien haben wir enorme staatliche Unterstützung, vom Premierminister an abwärts, sagt Minger, ein amerikanischer Wissenschaftler, der nach Großbritannien ausgewandert ist. Stammzellen in den USA sind mit einem Stigma verbunden, das hier nicht stimmt.

Diese Offenheit steht im Gegensatz zu der Situation in Harvard, wo mehrere Wissenschaftler vor mehr als zwei Jahren um Erlaubnis für die Kerntransferforschung ansuchten. Nach dem Gesetz des Staates Massachusetts müssen die Forscher ihre Experimente von institutionellen Gutachtergremien genehmigen lassen. Aber während das britische Genehmigungsverfahren weitgehend transparent ist, würden weder Harvard-Beamte noch Wissenschaftler, die Experimente vorschlagen, mit . diskutieren Technologieüberprüfung ihre Forschungspläne oder die Einzelheiten des Begutachtungsverfahrens bis nach dessen Abschluss.

Auf der anderen Seite des Atlantiks hat die staatliche Unterstützung zwei britischen Gruppen geholfen, an die Spitze der therapeutischen Klonforschung zu treten. Alison Murdoch, Miodrag Stojkovic und Mitarbeiter der University of Newcastle upon Tyne haben wahrscheinlich mehr Fortschritte beim Kerntransfer gemacht als alle anderen Forscher. Murdochs Team erhielt im August 2004 von der britischen Behörde die Erlaubnis, mit Experimenten zu beginnen, und gab bekannt, dass es einen Embryo im Frühstadium geklont hatte (es wurden noch keine Stammzellen isoliert), kurz nachdem Hwang sein inzwischen zurückgezogenes Papier veröffentlicht hatte, in dem eine effiziente Klonierungstechnologie angekündigt wurde. An der University of Edinburgh will Wilmut auch einen Nukleartransfer durchführen. Er hat seine Pläne nach dem Hwang-Skandal auf Eis gelegt, aber jetzt beantragt er die Erlaubnis, eine neue Reihe von Experimenten zu starten, bei denen tierische Eier anstelle von menschlichen Eiern verwendet werden.

Kaliforniens Hafen
In einem Labor hoch auf einem Hügel mit Blick auf die Bucht von San Francisco sitzt Renee Reijo Pera an ihrem Schreibtisch und lauscht den Baugeräuschen. Der Raum neben ihrem Labor ist komplett entkernt; Leitern und verstreute Verlängerungskabel haben die geordneten Reihen von Mikroskopen und Gefrierschränken ersetzt. Nach Fertigstellung im August wird der Raum zur Heimat des neuen Forschungsprogramms der UCSF zum therapeutischen Klonen. Es wird effektiv eine Nachbildung von Reijo Peras aktuellem Labor sein, das mit der gleichen Art von Ausrüstung ausgestattet ist, aber mit privaten Mitteln gekauft wurde.

Die UCSF hofft, dass die neue Einrichtung ihr helfen wird, ein Vorreiter im therapeutischen Klonen zu werden. Die Universität war die erste in den Vereinigten Staaten, die in den 1990er Jahren einen nuklearen Transfer versuchte, wenn auch erfolglos. Jetzt hoffen wir, wieder dort anzufangen, wo diese Studien aufgehört haben, sagt Arnold Kriegstein, Direktor des Instituts für Stammzell- und Gewebebiologie der Universität.

Reijo Pera und Kollegen begannen im April mit Klonexperimenten in einer anderen Off-Site-Anlage, möglicherweise die erste US-Gruppe, die den Transfer menschlicher Nuklearkerne versucht, seit Lanzas Team seine Arbeit im Jahr 2004 eingestellt hat Vitro-Fertilisationsklinik, die viel einfacher zu bekommen sind als menschliche Spendereizellen. Wenn sie die Versuchsbedingungen optimiert haben, werden sie menschliche Eizellen verwenden, die speziell für die Forschung gespendet wurden.

Das neue Programm der UCSF ist nur ein Zeichen für Kaliforniens Bestreben, ein Paradies für das therapeutische Klonen zu werden. Die von den Wählern im Jahr 2004 genehmigten staatlichen Mittel in Höhe von 3 Milliarden US-Dollar für die Stammzellforschung wurden in Rechtsstreitigkeiten zurückgehalten; In der Zwischenzeit gibt die Aufsichtsbehörde jedoch Anleihen aus, um Geld für Stammzellprogramme zu sammeln. Viele Universitäten, die hoffen, einen Teil dieses Geldes zu erhalten, sagen, dass der nukleare Transfer ein wichtiger Teil ihrer Forschungsagenden sein wird.

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Zwei Wissenschaftlerteams in Harvard mit einem beeindruckenden Dossier planen auch, Atomtransferexperimente zu starten. George Daley vom Children’s Hospital Boston möchte patientenangepasste Stammzellen für Knochenmarktransplantationen für Kinder mit Blutkrankheiten wie Leukämie herstellen. Derzeit können viele dieser Kinder keine Spender finden, deren Knochenmark für eine Transplantation geeignet ist. Und manchmal können sogar abgestimmte Knochenmarktransplantationen eine schwere Immunreaktion auslösen. Eggan, ein Experte für das Klonen von Mäusen, und Doug Melton, ein Molekular- und Zellbiologe in Harvard, wollen das Klonen nutzen, um neue Modelle für neurodegenerative Erkrankungen und Diabetes zu entwickeln. Die Harvard-Wissenschaftler hoffen, noch in diesem Jahr die endgültige Genehmigung für ihre jeweiligen Projekte zu erhalten.

Neuprogrammierung der Debatte
Tobias Brambrink sitzt am Mikroskop und starrt auf eine Platte, die mit Millionen spezialisierter Hautzellen, den sogenannten Fibroblasten, beschichtet ist. Er hofft, einen Zellklumpen zu finden, der grün leuchtet, oder noch besser, einige Zellen, die die abgerundete Form von Stammzellen haben, anstatt die längliche Form von Fibroblasten. Brambrink, Postdoktorand im Labor von Rudolf Jaenisch am Whitehead Institute for Biomedical Research in Cambridge, MA, sucht nach den genetischen Schaltern, die die Reprogrammierung steuern – eine kaum verstandene Transformation, die während des Klonens stattfindet und eine erwachsene Zelle in ihren embryonalen Zustand zurückversetzt.

Alle Zellen in einem Organismus teilen die gleichen Gene, aber das Muster der Genaktivität einer Zelle bestimmt, ob sie eine Stammzelle oder eine differenzierte Zelle wird. Während der Reprogrammierung schalten einige noch unbekannte Faktoren im Ei die Gene aus, die eine Zelle, beispielsweise ein Neuron, ausmachen, und schalten die Gene ein, die in Embryonen exprimiert werden. Um die Gene aufzudecken, die diese Umwandlung steuern, hat Brambrink adulte Zellen so konstruiert, dass sie die Gene exprimieren, die in Eiern selektiv aktiviert werden. Wenn ein bestimmtes Gen, das von einer dieser Zellen exprimiert wird, für den Reprogrammierungsprozess von entscheidender Bedeutung ist, aktiviert es Gene, von denen bekannt ist, dass sie an den späteren Stadien des Prozesses beteiligt sind; Diese Gene wurden mit Markern versehen, die die Zelle grün leuchten lassen. Im besten Fall könnte das Aktivator-Gen die Reprogrammierung selbst auslösen und einen Klumpen von Stammzellen erzeugen, wo einst differenzierte Fibroblasten saßen.

Die Umprogrammierung von Zellen in einer Schale wäre ein großer Durchbruch für das therapeutische Klonen. Sobald Wissenschaftler den Prozess verstanden haben, können sie neue Technologien entwickeln, um adulte Zellen direkt in Stammzellen umzuwandeln. Solche Technologien würden die ethische Kontroverse um embryonale Stammzellen beseitigen, da sie nicht die Erzeugung und Zerstörung menschlicher Embryonen erfordern würden. Sie würden auch den Bedarf an menschlichen Eiern eliminieren, was das therapeutische Klonen viel effizienter und damit allgemein nützlicher machen könnte. Ein solcher Fortschritt könnte wirklich eine neue Ära der regenerativen Medizin einleiten, in der eine maßgeschneiderte Stammzelltransplantation jedem zur Verfügung steht, der eine benötigt.

Wissenschaftler haben bereits Licht in den Umprogrammierungsprozess gebracht. In einem im September veröffentlichten Artikel identifizierten Rick Young, Biologe bei Whitehead, und Kollegen eine Reihe von Genen, die in undifferenzierten Stammzellen inaktiv gehalten werden. Forscher vermuten, dass diese Gene, wenn sie aktiviert werden, Transkriptionsfaktoren produzieren, die die Zellen entlang verschiedener Entwicklungspfade antreiben.

Wissenschaftler warnen davor, dass ein klares Bild der Reprogrammierung – eines, das die Produktion von Stammzellen ohne Eizellen ermöglichen würde – wahrscheinlich Jahrzehnte entfernt ist. Das bisher wenig bekannte Wissen hilft den Wissenschaftlern jedoch bereits, neue, weniger umstrittene Techniken zur Herstellung von Stammzellen zu entwickeln. Wissenschaftler suchen zum Beispiel nach Wegen, genetisch veränderte Embryonen zu erzeugen, die nicht mehr das Potenzial haben, sich zu Menschen zu entwickeln, und beseitigen damit einen Teil der ethischen Kontroversen um die Kerntransferforschung. Markus Grompe, Direktor des Oregon Stem Cell Center an der Oregon Health and Science University in Portland, hofft, eine solche Technologie zu entwickeln, indem er Spenderzellen zwingt, Gene zu exprimieren, die normalerweise nur in embryonalen Stammzellen vorkommen (siehe 10 Emerging Technologies: Nuclear Reprogramming, März/ April 2006).

Tatsächlich könnte sich der Nukleartransfer als Übergangstechnologie erweisen. Aber selbst wenn dies der Fall ist, könnte es trotz aller Kontroversen immer noch von entscheidender Bedeutung sein als Schlüssel zur Entwicklung neuerer Technologien, die in der Lage sind, embryonale Stammzellen endlich aus ethischen Zwängen zu befreien. Nukleartransfer ist die einzige Möglichkeit, die wir derzeit umprogrammieren können. Das ist unser Modell und unser Maßstab, um zu lernen, worauf es ankommt, sagt Jaenisch von Whitehead. Fügt Snyder hinzu: Wenn wir nicht wissen, wie man einen Nukleartransfer durchführt oder es uns nicht erlaubt, dann wird diese potenziell debattierende Technik unmöglich weiterzuverfolgen.

Lanza arbeitet auch an neuen Umprogrammierungstechnologien, um den Eiermangel zu umgehen. Aber wie Snyder macht er sich Sorgen, dass eine zu starke Konzentration auf unsichere Alternativen den Fortschritt beim therapeutischen Klonen zunichte machen könnte, von dem Wissenschaftler wissen, dass es funktioniert. Lassen Sie uns all diese Technologien entwickeln und sehen, was am besten funktioniert, schlägt er vor. Er fügt hinzu, dass ihn die monate- und jahrelange Auseinandersetzung mit den ethischen und rechtlichen Fragen der Stammzellforschung und nicht der Wissenschaft erschöpft habe. Doch der Gedanke an stammzellbasierte Therapien treibt ihn dazu, weiterzumachen. Ich bin oft nach Hause gegangen und habe die Hände hochgeworfen. Aber dann sage ich: So einfach können wir nicht aufgeben.

Emily Singer ist die Biotechnologie-Redakteurin von Technology Review.

Seitenleiste: Immunität überwinden
Eines der größten Hindernisse für stammzellbasierte Therapien ist die Möglichkeit einer Immunabstoßung, wie sie bei Spendernieren auftreten kann. Patientenpassende Stammzellen – gewonnen aus einer vom Patienten gespendeten Hautzelle – könnten einen Weg zur Umgehung dieses Problems darstellen. Da Forscher jedoch zu der Überzeugung gelangt sind, dass das Klonen von Stammzellen für eine breite Anwendung zu ineffizient sein könnte, haben sie begonnen, andere Wege zu entwickeln, um die Immunabstoßung zu überwinden.

Anstatt Stammzelllinien für jeden Patienten zu entwickeln, der sie benötigt, sagt Stephen Minger, Stammzellwissenschaftler am King’s College London, könnten wir besser daran tun, 1.000 Stammzelllinien zu erstellen, die die gängigsten Immunprofile in der Bevölkerung darstellen. Sie würden nicht für jeden eine perfekte Übereinstimmung finden … aber Sie wären nahe dran und benötigen möglicherweise nur eine leichte Immunsuppression, sagt er.

Wissenschaftler entwickeln auch Möglichkeiten, Stammzellen zu verwenden, um das Immunsystem zu täuschen. Wenn Sie [Immunantwort] ausschalten können, ist es möglich, dass sich Zellen unter dem Radar schleichen, sagt Tim Kamp, ein Stammzellwissenschaftler an der University of Wisconsin-Madison. Vorläufige Untersuchungen deuten darauf hin, dass die Umwandlung von Stammzellen in eine Art von Immunzellen, die als dendritische Zellen bekannt sind, das Immunsystem des Wirts dazu bringen kann, andere verwandte Zellen zu akzeptieren. Wenn Wissenschaftler sowohl Immunzellen als auch jeden Zelltyp, der für die Therapie benötigt wird, aus denselben Stammzelllinien herstellen würden, könnten sie einem Patienten möglicherweise beide Zelltypen ohne Immunantwort injizieren.

In einigen Fällen müssen sich Ärzte möglicherweise keine Sorgen über die Immunabstoßung machen. Wir beginnen zu erkennen, dass Stammzellen in einigen Bereichen des Körpers vom Immunsystem möglicherweise besser vertragen werden, als wir erwartet hatten, sagt Evan Snyder, Neurologe am Burnham Institute in La Jolla, CA. Embryonale Stammzellen scheinen im Gehirn auch ohne Immunsuppression toleriert zu werden.

Geron, ein in Kalifornien ansässiges Biotechnologieunternehmen, das Therapien mit embryonalen Stammzellen entwickelt, nutzt diese Tatsache, um neue Behandlungsmethoden für Rückenmarksverletzungen zu entwickeln. Wissenschaftler haben verletzte Ratten angespornt, nach Injektionen von neuralen Vorläuferzellen aus embryonalen Stammzellen wieder zu gehen; Geron ersucht um die Erlaubnis, im nächsten Jahr klinische Studien mit einem verwandten Verfahren am Menschen zu beginnen.

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