Eine Entdeckung, die die Regeln der Fortpflanzung neu schreibt
Forschern der Universität Oregon ist es gelungen, Hautzellen in Strukturen umzuwandeln, die sich wie menschliche Eizellen verhalten. Das Verfahren ist noch weit von einer klinischen Anwendung entfernt und wirft eine beträchtliche Zahl ethischer Fragen auf.
Der Wunsch nach einem biologisch eigenen Kind stößt oft auf eine unerbittliche medizinische Realität. Für Menschen, deren Körper keine eigenen Eizellen produziert, gibt es heute im Wesentlichen nur eine einzige Alternative: auf eine Spenderin zurückzugreifen und damit auf die genetische Verbindung zum künftigen Kind zu verzichten.
Das Team der Oregon Health & Science University schlägt einen völlig anderen Weg vor
Die Forschungsgruppe der Oregon Health & Science University hat sich einen radikal neuen Ansatz vorgestellt. Mithilfe von Hautzellen wurden diese in Strukturen umgewandelt, die sich wie menschliche Eizellen verhalten und unter Laborbedingungen zur Befruchtung geeignet sind. Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Zum allerersten Mal haben Wissenschaftler im Labor menschliche Eizellen erzeugt, die genetisch mit dem Spender der Hautzelle verbunden sind. Dabei kombinierten sie die Technik des zellulären Kerntransfers mit einer künstlich ausgelösten Meiose, die als Mitomeiose bezeichnet wird. Dieser Ansatz greift auf das Verfahren zurück, das 1996 zur Geburt des berühmten Schafes Dolly führte, und passt es an die Bedürfnisse der Reproduktionsmedizin an.
Wie Haut mittels Kerntransfer in eine Eizelle verwandelt wird
Das Herzstück des Experiments ist der somatische Zellkerntransfer. Die Forscher entnahmen eine Hautzelle eines Erwachsenen, extrahierten den Zellkern mit dem vollständigen Chromosomensatz von 46 Chromosomen und setzten ihn in eine menschliche Eizelle einer Spenderin ein, aus der zuvor der ursprüngliche Zellkern entfernt worden war. Die so entstandene Hybridzelle enthielt die DNA der Person, von deren Haut das Material entnommen worden war.
An diesem Punkt trat ein biologisches Problem auf, das keineswegs zu vernachlässigen war. Nach diesem Eingriff besitzt die Zelle noch immer 46 Chromosomen, während eine korrekte Eizelle nur 23 haben sollte. Ohne eine Reduzierung der Chromosomenzahl ist ein gesunder Embryo nicht zu erzielen. Das Team der OHSU musste daher einen Weg finden, diesen genetischen Überschuss zu beseitigen.
Um dieses Hindernis zu überwinden, entwickelten die Forscher eine originelle Technik namens Mitomeiose, die Elemente der Mitose und der Meiose vereint. In der Natur ist es genau die Meiose, die die Chromosomenzahl in den Keimzellen reduziert. Die Wissenschaftler zwangen die Zelle zu einer experimentellen Teilung, die in der Lage war, den genetischen Überschuss zu eliminieren und 23 Chromosomen in der resultierenden Eizelle zu erhalten.
Um diesen Prozess auszulösen, setzten sie unter anderem Roscovitine ein, eine Substanz, die bestimmte regulatorische Enzyme des Zellzyklus blockiert, sowie kurze elektrische Impulse, die sogenannte Elektroporation, welche die Zellmembran vorübergehend für bestimmte Moleküle öffnet. Sobald Zellen mit der reduzierten Chromosomenzahl vorlagen, wurde die bewährte ICSI-Technik angewendet und ein einzelnes Spermium direkt in die vorbereitete Eizelle injiziert.
- Entnahme einer Hautzelle von einem erwachsenen Individuum
- Extraktion des Zellkerns mit dem vollständigen Satz von 46 Chromosomen
- Transfer des Kerns in eine Spender-Eizelle, der ihr ursprünglicher Kern entnommen wurde
- Die resultierende Hybridzelle enthielt die DNA des Hautspenders
- Auslösung einer experimentellen Teilung mittels Roscovitine und Elektroporation
- Nach der Chromosomenreduktion Injektion des Spermiums mit der ICSI-Technik
Ein noch überwiegend theoretischer Erfolg: Die praktischen Ergebnisse enttäuschen
Trotz des außergewöhnlichen Konzepts zeigen die konkreten Ergebnisse, wie weit die Forscher noch von ihrem Ziel entfernt sind. Von 82 produzierten künstlichen Eizellen entwickelte sich nach der Befruchtung nur etwa 9 Prozent bis zum Blastozystenstadium, was ungefähr dem sechsten Tag der Embryonalentwicklung entspricht. Bei herkömmlichen In-vitro-Fertilisationsverfahren erreicht ein Anteil von 30 bis 40 Prozent der mit natürlichen Eizellen und Spermien erzeugten Embryonen diese Phase.
Das im Oregon-Labor erzielte Ergebnis stellt keinen totalen Misserfolg dar, macht aber deutlich, dass die Methode erheblicher Verbesserungen bedarf. Die größten Schwierigkeiten traten auf genetischer Ebene auf: Alle erzeugten Embryonen wiesen Anomalien bei der Chromosomentrennung auf. Mit anderen Worten: Während der Zellteilung verteilten sich die Chromosomen nicht korrekt zwischen der Eizelle und den sogenannten Polkörperchen, die den überschüssigen genetischen Stoff aufnehmen sollen.
Das Ergebnis waren aneuploidale Embryonen mit einer falschen Anzahl von Chromosomen oder falsch gepaarten Paaren. Ein solches genetisches Material beeinträchtigt die normale Entwicklung und führt zum Verlust des Embryos oder zu schweren Fehlbildungen. Die Forscher betonen außerdem, dass bei dem künstlich ausgelösten Prozess die klassische genetische Rekombination fehlt, die für die natürliche Meiose typisch ist — eine Phase, die sowohl für die biologische Vielfalt als auch für die chromosomale Stabilität grundlegend ist.
Ohne einen korrekten Satz von 23 Chromosomen und ohne die natürliche Vermischung der Gene hat kein Embryo Aussichten auf eine langfristig sichere Entwicklung. Das Team der Oregon Health & Science University arbeitet nun daran, besser zu verstehen, wie sich Chromosomen während der künstlich ausgelösten Teilung organisieren und trennen. Nur die Beherrschung dieser Mechanismen kann die Methode einer praktischen Anwendung näherbringen.
Eine echte Hoffnung für Frauen, die von der klassischen In-vitro-Fertilisation ausgeschlossen sind
Sollte die Technik sicher und reproduzierbar werden, würde sie den Zugang zur Unfruchtbarkeitsbehandlung grundlegend verändern, vor allem für Gruppen, die heute über sehr begrenzte Möglichkeiten verfügen. Frauen mit vorzeitiger Ovarialinsuffizienz könnten die Chance erhalten, ein biologisch eigenes Kind zu bekommen. Patientinnen, die ihre Eizellreserve infolge von Chemo- oder Strahlentherapie verloren haben, müssten sich nicht mehr ausschließlich auf Spenderinnen verlassen.
In einem solchen Szenario könnten Ärzte ein Hautstück entnehmen, daraus Eizellen gewinnen und diese in einem In-vitro-Fertilisationsverfahren verwenden. Das Kind würde das genetische Material der Person erben, die heute auf eine anonyme Spenderin angewiesen wäre. Die Methode könnte außerdem Menschen mit angeborenem Fehlen von Eizellen oder Paaren helfen, die aus medizinischen Gründen keine eigenen Keimzellen verwenden können.
Das Experiment eröffnet auch eine überraschendere Möglichkeit: Hautzellen eines Mannes zur Erzeugung einer Eizelle zu nutzen. Diese könnte mit den Spermien des Partners befruchtet werden und ein Kind entstehen lassen, das genetisch mit beiden Vätern eines männlichen Paares verbunden ist. Diese Variante löst sehr intensive Reaktionen aus. Auf biologischer Ebene entstehen Probleme im Zusammenhang mit dem sogenannten genomischen Imprinting, also den Unterschieden in der Genexpression in Abhängigkeit vom Geschlecht des Elternteils.
Die Vorschriften der meisten Länder sehen derartige Konstellationen überhaupt nicht vor. Die Forscher der OHSU selbst räumen ein, dass klinische Anwendungen eine Frage von mindestens einem Jahrzehnt sind — sofern sie jemals möglich werden. Derzeit bleiben die Arbeiten im Bereich der Grundlagenforschung. Bevor jemand an eine Schwangerschaft mit aus Haut gewonnenen Eizellen denken kann, werden Jahre tierexperimenteller Studien und strenge internationale Regelungen erforderlich sein.
Eine Flut ethischer und rechtlicher Fragen an den Grenzen der Zelle
Eine gewöhnliche Hautzelle in eine Keimzelle umzuwandeln, stellt die etablierte biologische Ordnung auf den Kopf. Die Grenze zwischen somatischen Zellen und Fortpflanzungszellen hört auf, klar zu sein. Juristen und Bioethiker warnen, dass viele Gesetze zur extrakorporalen Befruchtung ein solches Szenario nicht vorhergesehen haben. In einigen Ländern könnte die Erzeugung eines Embryos unter Verwendung einer Hautzelle bereits heute als illegal gelten, da sie nicht unter die geltende Definition medizinisch unterstützter Reproduktionsverfahren fällt.
Spezialisten der Reproduktionsmedizin betonen, dass das strengste Kriterium für die Zulassung dieser Technik in Kliniken die Sicherheit sein wird. Zu häufige Fehler in der Chromosomenzahl, das Fehlen natürlicher Rekombination oder unvorhersehbare epigenetische Veränderungen können Erbkrankheiten, Fehlgeburten oder schwere Entwicklungsstörungen verursachen. Die Forscher fordern klare Regeln für die Durchführung der Forschung, die Kommunikation der Ergebnisse und die Einbeziehung der Öffentlichkeit in die Debatte.
Die zweite Säule der Regulierungsmaßnahmen muss Transparenz sein. Die Wissenschaftler befürworten eine offene Kommunikation und die gesellschaftliche Beteiligung an der Diskussion, denn nur so kann die Öffentlichkeit einen derart radikalen Eingriff in die Fortpflanzungsprozesse akzeptieren. Eine Eizelle aus einer Hautzelle zu erzeugen, berührt das Konzept der Fruchtbarkeit selbst: Bisher definierten Eierstöcke und Hoden die biologischen Grenzen der Elternschaft.
Nun könnte theoretisch jede Körperzelle mit einem vollständigen Chromosomensatz den Ausgangspunkt für eine Keimzelle bilden. Dies weckt sowohl Hoffnungen als auch Befürchtungen hinsichtlich der Kommerzialisierung menschlichen Lebens. Sollte die Methode in den kommenden Jahrzehnten sicher werden, könnten Ärzte über ein Werkzeug verfügen, das vielen Menschen ermöglicht, ein Gefühl der Kontrolle über die Frage der Nachkommenschaft zurückzugewinnen.
- Frauen mit vorzeitiger Ovarialinsuffizienz
- Patientinnen, die ihre Eizellreserve nach Chemo- oder Strahlentherapie verloren haben
- Personen mit angeborenem Fehlen von Eizellen
- Paare, die aus medizinischen Gründen keine eigenen Keimzellen verwenden können
Was sich wirklich im Denken über Elternschaft verändert
Andererseits stellt sich die Frage nach den Grenzen der Eingriffe: ob die Technik ausschließlich bei schwerwiegenden gesundheitlichen Problemen angewendet oder eine breitere Nutzung erlaubt werden sollte, etwa für Menschen, die die Mutterschaft auf ein sehr hohes Alter verschieben. In der Debatte über diese Technologie ist es grundlegend, den Unterschied zwischen Gentechnik und der Technik der Eizellproduktion selbst zu klären. Die Forscher schlagen keine Kinder mit ausgewählten Merkmalen vor, sondern versuchen lediglich, eine natürliche Keimzelle mit anderem Ursprung wiederherzustellen.
Das Risiko sogenannter Designerbabys ergibt sich eher aus der parallelen Entwicklung von Genomeditierungsmethoden als aus dem Prozess der Herstellung von Keimzellen aus Haut. Immer mehr Stimmen weisen darauf hin, dass in die Diskussion über solche Techniken nicht nur Ärzte und Genetiker, sondern auch Psychologen, Soziologen und sogar durch künstliche Befruchtung gezeugte Personen einbezogen werden sollten. Gerade sie spüren am deutlichsten, inwieweit die Art ihrer Entstehung beeinflusst — oder eben nicht beeinflusst —, wer sie später werden.
Forscher an Universitäten auf der ganzen Welt verfolgen die Arbeit des Oregon-Teams mit großem Interesse. Das Instituto de Medicina Reproductiva de California hat bereits eigene Studien angekündigt, die darauf abzielen, die Chromosomentrennung zu verbessern. Die British Society for Human Fertilisation and Embryology hat ein Dokument veröffentlicht, das auf die Notwendigkeit von Regelungsanpassungen vor jeglichem klinischen Test hinweist. Die International Society for Stem Cell Research hat das Thema auf die Agenda des nächsten Kongresses in Tokio gesetzt.
Gelingt es, das Problem der Chromosomen und der epigenetischen Veränderungen zu lösen, folgt eine lange Phase von Tests an Tiermodellen. Die Forscher müssen nachweisen, dass mit dieser Methode geborene Mäuse oder Primaten gesund und fruchtbar sind. Erst dann können klinische Studien am Menschen beginnen, unter strenger Aufsicht von Ethikkommissionen und Regulierungsbehörden. Konkret ist also von einem Horizont von mindestens zehn Jahren, vielleicht zwei Jahrzehnten die Rede. Und selbst dann bleibt die Frage offen, ob die Gesellschaft bereit sein wird, einen solchen Schritt zu akzeptieren.
