Stammzellenforschung

Stammzellenforschung an der Universität Zürich

Wer zur Zeit von Stammzellen redet, meint in der Regel solche aus menschlichen Embryonen. Doch eigentlich wird momentan die meiste Forschung mit Stammzellen entweder mit tierischen Zellen oder mit adulten menschlichen Stammzellen gemacht. So auch an der Universität Zürich, wo die vielseitigen Zellen erforscht werden - ebenfalls im Hinblick auf künftige Therapien. Die kommende Abstimmung betrifft diese Arbeiten nicht direkt – möglicherweise aber Folgeprojekte. Doch wofür brauchen die Forscher diese Alleskönner-Zellen? Eine Übersicht über die wichtigsten Vorhaben.

Felix Straumann

Stammzellen aus Nabelschnurblut sind in der Medizinischen Forschung Grundlage für einige Projekte. (Bild: Internet)

Die Hauptstossrichtung der Stammzellforschung ist das Herstellen von Ersatzgeweben. Dafür sind die Arbeiten der Gruppe um Dr. Ernst Reichmann von der Chirurgischen Klinik des Universitäts-Kinderspitals ein nahezu klassisches Beispiel: Die Forscher wollen einen neuartigen Hautersatz entwickeln. Beim zur Zeit nochgängigen Verfahren werden Patienten Zellen der Oberhaut entnommen, in Kultur vermehrt und dann an Stellen verpflanzt, wo die Oberhaut fehlt. «Dieses Verfahren ist immer noch ziemlich unzuverlässig», stellt Reichmann fest. Häufig wächst die Ersatzoberhaut auf dem Körper nicht weiter und stirbt nach einigen Tagen ab. Reichmann glaubt, dass die Oberhautstammzellen in der Kultur verloren gehen und sich deshalb die implantierte Haut nicht erneuern kann. Darum gilt es, diese Stammzellen erst einmal zu identifizieren und über längere Zeit in Kultur zu erhalten. Menschen mit grossflächigen Verbrennungen und Narben beispielsweise würden von einem neuartigen Verfahren profitieren.

Herzklappen und -muskeln, Blutgefässe

Ersatzteile baut auch Dr. Simon P. Hoerstrup, Leiter des Labors für Tissue Engineering und Regenerative Medizin an der Universitätsklinik für Herz- und Gefässchirurgie: Herzklappen, Blutgefässe und Herzmuskeln. Mit seiner Forschungsgruppe sucht er unter anderem eine Lösung beim angeborenen Herzklappenfehler, der rund ein Prozent aller Kinder betrifft. Bislang werden in solchen Fällen Herzklappen aus Kunststoff eingesetzt, die über die Jahre regelmässig ersetzt werden müssen, da sie nicht mit dem Organismus mitwachsen. «Die wiederholten Operationen sind mit einem erhöhten Risiko verbunden und nicht alle überleben solche Eingriffe», weiss Hoerstrup. Mit Stammzellen, die Nabelschnurblut entnommen wurden, kann sein Team bereits Herzklappen züchten – ein wichtiger Schritt für eine zukünftige Behandlung solcher Herzfehler.

Ersatzblutgefässe und Stammzellenverpackungen

Auch Dr. Andreas Zisch, Forschungsleiter bei der Geburtshilfe des Universitätsspitals, möchte bessere Ersatzteile mit Hilfe von Stammzellen aus Nabelschnurblut herstellen. Er nützt so genannte endotheliale Stammzellen zur Beschichtung von Kunststoffröhrchen und stellt so Ersatzblutgefässe her. In einem zweiten Projekt entwickelt Zisch neuartige Verpackungen für Stammzellen, um diese effizienter in krankes Gewebe zu transplantieren. Beispielsweise bei chronischen Wunden oder bei durch Infarkt geschädigten Herzen könnte so die Bildung von neuen Blutgefässen und damit der Heilungsprozess angeregt werden.

Bis jedoch eine geeignete Verpackung ausgereift ist, versucht man es ohne, allerdings mit entsprechend grossen Ausfallquoten bei den Stammzellen. So etwa die Kardiologen um Prof. Thomas Lüscher vom Universitätsspital: Als Teil einer internationalen Multicenterstudie spritzen sie Knochenmark-Stammzellen bei Herzinfarktpatienten direkt an der beschädigten Stelle ein - in der Hoffnung, dass sich das durch den Infarkt zerstörte Gewebe regeneriert. In einem weiteren Projekt untersucht Lüscher, wie einzelne Gene bestimmte Stammzellen zur Neubildung von Blutgefässen veranlassen können.

Leberzellen aus Knochenmark-Stammzellen

Zellen aus dem Knochenmark sind auch der Rohstoff von Prof. Bruno Stieger von der klinischen Pharmakologie des Universitätsspitals: «Am Ende würden wir gerne Knochenmark-Stammzellen in Leberzellen umwandeln und diese dann transplantieren.» Zusammen mit seinem Kollegen Prof. Peter Meier-Abt von der gleichen Abteilung kann er inzwischen Leberstammzellen in Leberzellen umbilden. Die Umwandlung von Knochenmarks-Stammzellen in Lebervorläuferzellen klappt jedoch noch nicht: «Man ist sich weltweit nicht mehr so sicher, ob eine solche Umwandlung von adulten Stammzellen in völlig andere Zelltypen überhaupt funktioniert.» Frühere Resultate anderer Forschungsgruppen, die in diese Richtung wiesen, konnten bislang nicht bestätigt werden.

Sinneszellen des Innenohrs

Um Gehörschäden geht es bei Dr. Daniel Bodmer von der Klinik für Ohren-, Nasen-, Hals, und Gesichtschirurgie (Otorhinolaryngologie). Er will Stammzellen dazu bringen, sich in Sinneszellen des Innenohrs zu verwandeln. «Diese Sinneszellen können normalerweise nicht regeneriert werden, wenn sie abgestorben sind», so Bodmer. Um dieses Problem anzugehen, untersucht er zur Zeit die Fähigkeit von embryonalen Mauszellen, sich in Sinneszellen umzuwandeln.

Stammzellen aus dem Rückenmark

Eher um Regeneration als um die Herstellung von Ersatzgewebe geht es beim Projekt der Forscherin Dr. Michaela Thallmair vom Institut für Hirnforschung. Sie hat die bislang schlecht untersuchten Stammzellen aus dem Rückenmark im Visier. «Wir müssen erst mal die Grundlagen im Tierversuch erarbeiten», sagt Thallmair. Sie will die Stammzellen dazu zu bringen, dass sie zu Zellen werden, die Nervenbahnen isolieren und so ihre Leitfähigkeit ermöglichen. Diese Isolierschicht ist bei Erkrankungen wie Multiple Sklerose oder auch bei Verletzungen der Wirbelsäulen geschädigt und kann bislang nicht repariert werden.

Stammzellen als Vehikel für Epilepsie-Medikamente

Prof. Hanns Möhler vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie will weder Gewebe regenerieren noch Zellen ersetzen. Er versucht Stammzellen als Hersteller für körpereigene Medikamente bei Epileptikern einzusetzen. Patienten, bei denen herkömmliche Medikamente keine Wirkung zeigen, könnte die Substanz Adenosin helfen. Diese muss jedoch lokal im Gehirn verabreicht werden, um Herz-Kreislauf-Probleme zu vermeiden. Deshalb will die Forschungsgruppe um Möhler solchen Patienten Stammzellen aus der Haut entnehmen und genetisch so verändern, dass sie Adenosin produzieren. Danach sollen die Zellen in den epileptischen Fokus im Gehirn eingefügt werden. Dadurch hätte man eine dauerhafte Quelle für Adenosin, die den Stoff nur lokal und in kleinen Mengen abgibt, so Möhler. Erste Arbeiten mit Ratten sind viel versprechend.

Knockout-Mäuse mit Hilfe von veränderten embryonalen Stammzellen

Bei der Herstellung von so genannten Knockout-Mäusen arbeitet man am Institut für Labortierkunde routinemässig mit Stammzellen. Je nach Fragestellung werden bei embryonalen Stammzellen gezielt Gene ausgeschaltet oder verändert («knock out» und «knock in»). Die veränderten Zellen werden einem Embryofrühstadium beigegeben und dann von einer «Mausamme» ausgetragen. Zwei Generationen später entsteht die gewünschte Knockout-Maus. «Solche Mäuse sind beispielsweise wichtig bei der Erforschung des Rinderwahnsinns», erwähnt Dr. Thomas Rülicke vom Biomedizinischen Zentrallabor eine konkrete Anwendung.

Felix Straumann ist freier Wissenschaftsjournalist.