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Stammzellen Das nachwachsende Ersatzteillager

Stammzellen sind die medizinische Wunderwaffen der Zukunft. Sie sollen Arthrose, Diabetes oder Krebs heilen und Nerven, Organe und sogar Zähne nachwachsen lassen. Einige Therapien stehen kurz vor dem Durchbruch.

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Ein wissenschaftlicher Quelle: dpa/dpaweb

Nachwachsende Zähne – wer träumt nicht davon, während sich der Zahnarztstuhl nach hinten neigt, der Bohrer kreischt und der Arzt mit schwerem Gerät eine entzündete Zahnwurzel aus dem Kiefer bohrt oder gar Zahnimplantate installiert. Bislang waren Zähne – einmal schwer von Karies befallen – kaum noch zu retten. Doch das können Patienten künftig gelassener nehmen: Der japanische Wissenschaftler Takashi Tsuji von der Tokyo University of Science hat erstmals einen vollständigen Zahn gezüchtet.

Gelungen ist das dem Wissenschaftler mithilfe von Stammzellen – denjenigen Zellen, die für die Neubildung von Organen, Blut- und Immunzellen und die Reparatur von Hautverletzungen zuständig sind. Tsuji zog in einem Laborschälchen aus einer solchen Zelle eine sogenannte Zahnknospe heran. Die wurde in den Kiefer einer erwachsenen Maus verpflanzt, wo sie zu einem normalen Zahn heranwuchs. Das war freilich nur ein Zwischenschritt. Schon in wenigen Jahren, so glaubt Tsuji, werde das auch bei Menschen möglich sein.

Dabei sind nachwachsende Zähne in der Natur nicht ungewöhnlich. Haie etwa haben ein sogenanntes Revolvergebiss, das aus mehreren Zahnreihen hintereinander besteht. Verlieren sie einen Zahn, klappt ein Zahn aus der zweiten Reihe nach. Beim Menschen ist eine wirkliche Regeneration allenfalls bei Hautverletzungen und Knochenbrüchen vorgesehen – nicht aber bei Verschleiß von Zähnen, Gelenken, Wirbeln, Hornhäuten oder dem Herzen. Die Folge sind die altbekannten Zivilisationskrankheiten Arthrose, Herzinfarkt und Bandscheibenprobleme .

Medizin des 21. Jahrhunderts

Bei all diesen Krankheiten hoffen Ärzte und Patienten auf Stammzellen: Sie sind der Schlüssel, um das biologische Programm des Wachstums zu starten. Forscher entdecken gerade, wie diese Zellen Gelenke wieder instand setzen können, zerstörte Nervenbahnen wieder aufbauen und Parkinson, Alzheimer oder Krebs heilen können. „Es ist die Vision einer neuen Medizin des 21. Jahrhunderts“, sagt der Rostocker Stammzellforscher und Herzchirurg Gustav Steinhoff.

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    Vor etwa zehn Jahren schien all das nur mit den ethisch umstrittenen Stammzellen aus abgetriebenen Embryonen möglich. Doch inzwischen haben Forscher auch die Potenziale der sogenannten adulten Stammzellen erkannt, die im Körper von Erwachsenen schlummern. Etwa im Knochenmark, in der Leber, der Haut oder im Gehirn. Sogar in frisch ausgefallenen Milchzähnen und Weisheitszähnen, die aus dem Kiefer operiert werden, finden sich die heilsamen Zellen.

    Einige der innovativen Stammzelltherapien haben das Stadium von Tierversuchen längst verlassen. Sie sind 100-fach am Menschen erprobt und stehen kurz vor dem weltweiten medizinischen Durchbruch. Einer der Pioniere in der neuen Heilkunst ist der Rostocker Herzchirurg Steinhoff.

    Seit Jahren erprobt der Direktor der Rostocker Universitätsklinik für Herzchirurgie ein neues Verfahren, um geschädigte Herzen wieder auf Touren zu bringen: Er spritzt Stammzellen in die kraftlosen Muskelbereiche, die nach einem Herzinfarkt absterben. Gut 300 000 Menschen erleiden in Deutschland jedes Jahr einen solchen Durchblutungskollaps, bei dem ein Blutgerinnsel eine der großen Adern, die das Herz versorgen, verstopft. Bei über 60 000 der Betroffenen endet solch ein Infarkt sofort tödlich, sagt Steinhoff.

    Eingefrorene menschliche Quelle: dapd

    Wer ihn überlebt, kann in Zukunft darauf hoffen, mithilfe von Stammzellen wieder gesund zu werden: Denn die Verjüngungszellen helfen dem Herzen dabei, sich wieder zu erholen und neue Muskelmasse zu bilden. Das stellt gegenüber bisherigen Therapiemethoden eine dramatische Verbesserung dar: Bisher können Ärzte mit Ersatzadern – den Bypässen – zwar die Blutversorgung für den überlebenden Teil des Herzens verbessern und seine Funktion mit Medikamenten stärken. Voll leistungsfähig wurde ein Infarktherz bislang jedoch nie wieder. Durch den Infarkt verloren gegangenes Muskelgewebe nachwachsen zu lassen gelingt nur mit Stammzellen.

    149 Infarktpatienten hat Steinhoff mit seinem Team in Rostock bereits behandelt. Wie erfolgreich die Therapie wirklich ist und ob die Stammzellen auch schädliche Effekte haben können, das testet er seit 2001 in klinischen Studien. Die dritte und letzte dieser wissenschaftlichen Untersuchungen startete Steinhoff vor zwei Jahren. Bis Ende 2012 soll diese Studie mit über 150 Patienten abgeschlossen sein.

    Damit ist das Team der deutschen Forscher führend im weltweiten Vergleich: Keine andere Stammzelltherapie ist weiter vorangeschritten auf dem Weg zu einer Zulassung – und dem Durchbruch auf einem Massenmarkt.

    Doch Forscher Steinhoff ist nur einer von vielen, die in diesem Feld arbeiten: „Viele andere Stammzelltherapien sind ebenfalls auf einem sehr guten Weg“, sagt er. Um der Fachgemeinde einen Überblick zu verschaffen, hat er in einem gerade erschienenen Fachbuch* zusammengetragen, wie weit Arbeitsgruppen in aller Welt gerade sind.

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      Steinhoffs Buch ist eine Reise durch den Körper: Von Kopf bis Fuß beschreiben er und seine Fachkollegen aus aller Welt, was sich mithilfe von Stammzellen bereits reparieren lässt: Bei Nervendefekten und Lähmungen, Altersdemenz oder Parkinson befinden sich die Wissenschaftler noch auf der Ebene der frühen Forschung. Selbst bei Erkrankungen wie Diabetes ist die Sache nicht so einfach wie anfangs gedacht: Hier sollten die Stammzellen für Nachschub an Insulin produzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse sorgen.

      Neue Hornhaut für Blinde

      Bei Haut, Knochen und Knorpeldefekten hat die Entwicklung gerade eine Kehrtwende gemacht: Lange experimentierten Forscher nur mit der Gewebezucht, dem sogenannten Tissue Engineering. Dabei werden Patienten, deren Knorpelflächen beschädigt sind, körpereigene Knorpelzellen entnommen. Sie werden im Labor vermehrt und dann entweder als lose Zellen oder als komplette Knorpelauflage in einer Operation wieder eingesetzt.

      Doch die Zellzucht für jeden einzelnen Patienten ist logistisch anspruchsvoll und zeitaufwendig. In vielen Fällen scheint es die elegantere und preiswertere Lösung zu sein, das fehlende oder zerstörte Gewebe direkt an Ort und Stelle aus Stammzellen nachwachsen zu lassen. Diese Technik wird gerade von mehreren Arbeitsgruppen weltweit erprobt, allerdings erst an Tieren.

      Enorme Fortschritte haben Wissenschaftler zudem bei der Behandlung von Augenkrankheiten mit Stammzellen gemacht. Führend in dem Feld ist das Prasad Eye Institute in der südindischen High-Tech-Stadt Hyderabad: Dort konnten Virender Sangwan und seine Kollegin Geeta Vemuganti mit ihren aus Stammzellen gezüchteten Hornhäuten mehr als 700 Blinden Menschen das Augenlicht zurückgeben.

      Das Problem: Normalerweise regeneriert sich die durchsichtige Hornhaut, die das Auge vor der Außenwelt schützt, automatisch. Notwendig sind dafür die sogenannten limbalen Stammzellen, die in gesunden Augen in einem schmalen Randsaum der Hornhaut angesiedelt sind.

      Nach Verätzungen oder bei chronischer Augenentzündung, wie sie vor allem bei Kindern mit Vitamin-A-Mangel vorkommt, sterben diese Stammzellen ab. Dann kann sich die Hornhaut nicht mehr erneuern und wird milchig trüb. Die Menschen erblinden.

      Infografik Stammzellenforschung

      Das lässt sich mit der Stammzelltherapie umkehren: Solange nur ein Auge betroffen ist, können Ärzte aus dem gesunden Auge die Stammzellen entnehmen. Sind beide Augen blind und keine gesunden limbalen Stammzellen beim Patienten mehr vorhanden, braucht er einen Spender. Meist wird wie bei einer Blut- oder Knochenmarkspende ein naher Verwandter gesucht, der immunologisch zum Patienten passt, sodass die Zellen nicht abgestoßen werden. Die Stammzellen werden dann zwei bis drei Wochen auf einer speziellen Unterlage vermehrt, sodass dort eine neue Hornhaut entsteht, die dem Patienten dann implantiert wird.

      Die Erfolgsraten, die die indischen Forscher mit ihrer preiswerten und schnellen Zuchtmethode bisher erreichten, sind überwältigend: Bei ihren klinischen Studie konnten nach drei Jahren noch 70 Prozent der behandelten, ehemals blinden Menschen sehen. In jeden Fall waren die Ergebnisse besser, als wenn die Stammzellen direkt in die erkrankten Augen implantiert wurden. Die Therapieform, an der ursprünglich zahlreiche Gruppen weltweit forschten, wird in Indien bereits an mehreren Kliniken an Patienten erprobt.

      In mancher Hinsicht haben es die indischen Augenärzte allerdings auch leichter als andere Stammzellforscher: Denn die Hornhaut, die sie ersetzen, erneuert sich ohnehin, jedenfalls bei gesunden Menschen. Und sie besteht nur aus einer einzigen Schicht.

      Dagegen ist es ungleich schwerer, aus Stammzellen ganze Organe wie eine Leber, eine Lunge, oder eine Niere nachwachsen zu lassen. So behelfen sich Forscher oftmals mit einer Unterlage aus einem gespendeten Organ, das dann zunächst von den Zellen des Spenders gänzlich gereinigt wird. Anschließend werden körpereigene Stammzellen aus dem Knochenmark des kranken Menschen auf dem Organ angesiedelt. Damit wird dem Körper quasi vorgegaukelt, das Organ sei sein eigenes und er stößt es nicht ab.

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        Bei einer 30-jährigen, in Spanien lebenden Frau gelang solch eine Behandlung mit einer Luftröhre. Die Mutter von zwei Kindern konnte nach einer schweren Tuberkulose kaum noch atmen, so angegriffen war ihre Luftröhre. In einer paneuropäischen Zusammenarbeit zwischen den Universitätskliniken Barcelona, Bristol, Padua und Mailand gelang es erstmals, ein solches Transplantat herzustellen. Die junge Frau lebt seither wieder ein ganz normales und gesundes Leben.

        Brücke zum Leben

        Ein anderes Hilfsmittel nutzen Stammzellforscher der Medizinischen Hochschule Hannover: Sie züchten Organe wie Nieren oder Lebern nicht vollständig neu, sondern spülen entsprechende Zellen über die Adern in die erkrankten Organe, damit sie wieder gesund werden. Wie bei der Herztherapie siedeln sich die Zellen in abgestorbenen oder schwer geschädigten Bereichen der Organe an und und helfen dabei, dass das Gewebe sich regeneriert.

        Michael Ott vom Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung in Hannover hat mit solchen nachgezüchteten Leberzellen viele Jahre Erfahrung: Sie können bei akuten Vergiftungen Leben retten. Inzwischen erproben Ott und das Stammzellunternehmen Cytonet zusammen mit der Universitätsklinik Heidelberg die Leberstammzell-Therapie in einer letzten klinischen Zulassungsstudie an Säuglingen, die an einer angeborenen Stoffwechselstörung leiden, dem Harnstoffzyklusdefekt.

        Der würde ihr Gehirn schwer schädigen und ihren gesamten Körper vergiften. Die einzige Rettung für solche Patienten ist eine Lebertransplantation. Doch die ist für Neugeborene lebensgefährlich: „Wir helfen den kleinen Patienten, mit den Leberzellen ohne Hirnschäden so lange zu wachsen, bis sie mit etwa sechs bis acht Kilogram schwer und groß genug sind, um eine Spenderleber eingesetzt zu bekommen“, sagt Ott. Der Trick mit den Leberzellen ist insofern nur eine Brücke ins Leben, aber keine Dauerlösung.

        Für Ott ist allerdings klar, dass es noch Jahre oder Jahrzehnte dauern wird, bis ein komplexes Entgiftungsorgan wie die Leber komplett nachwachsen kann. Der Grund liegt in den vielfältigen Aufgaben der Leber: Sie macht nicht nur Gifte im Körper unschädlich, sondern schüttet auch selbst Hormone und Botenstoffe aus, die wiederum den Fettstoffwechsel des Körpers regulieren. Im Vergleich dazu sei es geradezu lachhaft, einen Herzmuskel nachwachsen zu lassen, sagt Ott: „Der muss ja nur zucken.“

        Selbst einen schnöden Zahn wachsen zu lassen war alles andere als trivial: Hier brauchten die Forscher schon zwei unterschiedlichen Stammzellarten, um eine Zahnknospe sprießen zu lassen, die sich im Kiefer zu einem korrekten Zahn entwickelt. Über viele Jahre erzeugten die Wissenschaftler nur unstrukturierte Klumpen aus Zahnschmelz, die keine Zahnhöhlen mit Adern und Nerven hatten, geschweige denn Zahnwurzeln, mit denen sich die Gebilde im Kiefer hätten verankern könnte. Dass dem Japaner Tsuji 2007 der Coup mit dem Mausezahn gelang, wurde damals zu Recht als Sensation gefeiert.

        Einen Schönheitsfehler hat die Sache allerdings. Tsuji verwendete embryonale Mäuse-Stammzellen. Die besitzen wie alle embryonalen Stammzellen, viel mehr Entwicklungspotenzial als ihre adulten Pendants. Embryonale Stammzellen können sich mühelos in alle über 200 Gewebetypen eines Säugetieres verwandeln, sei es Maus oder Mensch.

        Wenn nachwachsende dritte Zähne aber jemals eine realistische Chance im medizinischen Praxisalltag haben sollen, scheiden embryonale Stammzellen für eine Verwendung beim Menschen aus. Ihre Gewinnung ist ethisch problematisch. Denn auch wenn sie in sogenannten Zelllinien über Jahre und Jahrzehnte hinweg im Labor vermehrt werden können, so ist ihr Ursprung doch immer noch ein menschlicher Embryo, der abgetrieben wurde. Gerade in Deutschland und Japan waren die Politiker in den vergangenen Jahren sehr restriktiv, was die mögliche Zulassung von Therapien aus Embryozellen betraf.

        Deshalb haben sich Forscher weltweit seither vor allem darauf konzentriert, mit den adulten Stammzellen zu arbeiten, die jeder Mensch in sich trägt, etwa in einem noch nicht gezogenen Weisheitszahn. Doch anders als embryonale Stammzellen sind diese schon auf eine bestimmte Entwicklungsrichtung hin programmiert. Selbst bei Ratten, Schweinen und Mäusen klappte die Sache mit der Zahngenese mit adulten Stammzellen längst nicht so gut, wie mit embryonalen.

        So arbeiten die meisten Forscher derzeit vor allem daran, mithilfe von adulten Stammzellen aus Weisheitszähnen Zahnwurzeln zu züchten oder den von Parodontose oder Entzündungen zerfressenen Kieferknochen wieder aufzubauen. Denn das gelingt zum einen auch mit adulten Stammzellen schon recht gut.

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          Stammzellen lassen sich programmieren

          Zum anderen ist es das größte Problem der Zahnrestaurateure: Die schönsten Keramik-Implantate halten nicht und beginnen zu wackeln, wenn die Verankerung im Kiefer misslingt. Gewöhnlich wird in den Kieferknochen eine Metallschraube einzementiert. Der sichtbare Keramikteil des Implantats wird auf diese Schraube gedreht. Ist der Knochen jedoch auf dem Rückzug oder brüchig, hält die Verankerung den hohen Drücken, die beim Kauen entstehen, nur Jahre oder Monate stand, dann fällt sie heraus.

          Auch wenn der Retorten-Zahn noch ein paar Jahre auf sich warten lässt, sind Zähne für Forscher als Stammzellspender hochinteressant. Zum einen sind sie sehr viel leichter zugänglich, als das Knochenmark. Und zum anderen lassen sich adulte Stammzellen inzwischen auch umprogrammieren, sodass sie viele verschiedene Gewebearten bilden können. Als Quelle für diese Stammzellen wären Zähne ideal. Mindestens genauso gut, wie die zurzeit von Unternehmen wie Vita 34 oder Seracell beworbenen Stammzellen aus Nabelschnurblut, finden Stammzellforscher.

          Man müsste in Zukunft nur einen Weg finden, die kostbaren Stammzellen etwa aus Milchzähnen oder gezogenen Weisheitszähnen direkt in flüssigem Stickstoff wegzufrieren. Für den Mülleimer sind sie jedenfalls zu schade. 

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