Heilen helfen mit Stammzellen

Den Traum, der eine Motivation für die Arbeit von Frank Edenhofer ist, träumt die Menschheit schon so lange, wie es sie gibt. Der Maler Lucas Cranach der Ältere hat ihn in Form eines Jungbrunnens 1546 auf Leinwand gebannt. „Der Traum, dass wir Krankheiten oder auch dem Altern entgegenwirken können“, so beschreibt es der 45 Jahre alte Edenhofer. In dem Gemälde steigen gealterte Frauen in ein Bad und verlassen es auf der anderen Seite wieder – verjüngt und überschwänglich tanzend.

Dem Älterwerden und schließlich dem Tod sowie vielen Krankheiten liegt eine Tatsache zu Grunde: Die Zellen des Organismus regenerieren sich nicht mehr. Bei gesunden Menschen bildet der Körper stets neue Zellen – sichtbar für jedermann vor allem bei den Zellen der Haut, die sich ständig erneuern. Alte werden ersetzt und sterben ab, sichtbar etwa als Hautschuppen auf der Kleidung.

„Das Erstaunliche ist, dass diese Regeneration eigentlich fortwährend stattfindet. Fast jedes Gewebe kann sich regenerieren. Man weiß, dass es Mechanismen gibt, die Zellen beziehungsweise Gewebe wieder verjüngen oder wieder ersetzen können“, sagt Edenhofer. Das passiere in jeder Sekunde im Körper. „Gerade in den Zellen, die exponiert sind, wie etwa in der Haut oder im Blut.“

Die Prozesse in der Zelle verstehen und beeinflussen

„Diesen Prozess der Regeneration können wir nur beobachten, wir verstehen ihn zu wenig und können ihn nicht kontrollieren“, sagt Edenhofer. Wenn der menschliche Körper altert, verlangsamt sich die Regeneration, bis sie dann im Tode vollständig zum Erliegen kommt. „Man geht davon aus, dass in vielen Geweben Depots von Stammzellen angelegt sind und wenn diese Reservoirs aufgebraucht sind, das Gewebe die Fähigkeit zur Erneuerung verliert“, erklärt Edenhofer.

Auch wenn eine Wunderheilung und Verjüngung wie in Cranachs Gemälde sicher ein Traum bleiben wird, sind Edenhofer und andere Zellbiologen den Mechanismen der Zellregeneration auf der Spur. „Letztendlich sind das biochemische Prozesse, die in den Zellverbänden ablaufen. Molekulare Schalter, die das Genom kontrollieren. Es spricht also nichts dagegen, sich zu überlegen, wo und wie man diese Schalter auch wieder zurückstellen und somit zumindest auf zellulärer Ebene das Altern auf null stellen kann. Das finde ich faszinierend“, sagt Edenhofer, für den es nie einen anderen Berufswunsch gab als den des Forschers.

Bereits als Schüler Praktikant am MPI für Biochemie

Bereits vor dem Studium der Chemie an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) machte Edenhofer – noch als Schüler – ein Forschungspraktikum am Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München. Dass er sich so jung beworben hatte, sei dem Nobelpreisträger Robert Huber wohl positiv aufgefallen, weswegen dieser ihn tatsächlich einlud. „Am Anfang habe ich nur wenig verstanden, mich dann aber schnell eingelesen“, sagt Edenhofer.

Nach dieser ersten kleinen Bewährung ging Edenhofer den Weg in die Wissenschaft konsequent weiter. Dem Studium folgte die Doktorarbeit, ebenfalls an der LMU, welche er 1997 abschloss. Als Post-Doc ging der Bayer dann weiter ins Rheinland an die Universität zu Köln. Am Institut für Genetik arbeitete er mit einem der einflussreichsten Immunologen weltweit, dem Molekulargenetiker Klaus Rajewsky, zusammen. Von 2002 an arbeitete Edenhofer an der Universität Bonn zunächst als Post-Doc am Institut des Stammzellforschers Oliver Brüstle und dann als Leiter der Forschergruppe „Stem Cell Engineering“, bis zum Ruf an die Uni Würzburg.

Die Annahme des Rufs war schnell entschieden. Auch wenn die Familie des Bayern mit den drei Kindern vorerst noch in Bonn verbleibt. „Ich kehre heim. Man musste mich nicht lange überreden, nach Bayern zurückzukommen“, sagt Edenhofer, der die Grundsteine für seine Arbeit in Würzburg in Bonn selbst gelegt hat.

Hoffnung auf Heilung durch körpereigene Stammzellen

Eine „normale“ Zelle, beispielsweise aus dem Bindegewebe des Menschen entnommen, lässt sich durch die Veränderung von verschiedenen Faktoren in eine embryonale Stammzelle zurückverwandeln. An diesem Prozess hat Edenhofer in Bonn gearbeitet, im wissenschaftlichen Wettrennen mit Forschern aus der ganzen Welt. Am Ende publizierte der Japaner Shinya Yamanaka 2006 als erster. Er wurde 2012 dafür sogar gemeinsam mit John B. Gurdon mit dem Nobelpreis für Medizin und Physiologie geehrt.

„Yamanaka konnte vier Faktoren isolieren, die den ’normalen‘ entwicklungsbiologischen Verlauf umkehren können“, sagt Edenhofer. Die so gewonnen Zellen sind pluripotent. Das bedeutet, dass sie sich dann wiederum in beliebige andere Zellen weiterentwickeln können. „Das können Zellen für einen Herzmuskel, Darmwandzellen, Nervenzellen oder andere sein.“ Ein weiterer wichtiger Effekt der Reproprammierung ist, dass keine Stammzellen aus Embryonen mehr für die Forschung benötigt werden.

Veränderung des Reprogrammierungsvorgangs

Edenhofer ist es jüngst gelungen, den Reprogrammierungsvorgang gezielt so zu verändern, dass keine pluripotenten, sondern so genannte multipotente, adulte Stammzellen entstehen. Also genau diejenigen, die alltäglich im Körper die Arbeit der Regeneration verrichten. Diese haben gegenüber den pluripotenten Zellen den Vorteil, dass sie sich leichter in die gewünschten Zelltypen wie Nervenzellen ausreifen lassen und keine Tumore bilden. Tatsächlich konnte Edenhofer und sein Team zeigen, dass solche induzierten neuralen Stammzellen in Tiermodellen für Entmarkungskrankheiten (krankhafter Abbau der Myelin-Isolierschicht von Nervenzellen) einsetzbar sind.

Die große Hoffnung der Forscher ist es, Krankheiten mit Stammzellen zu heilen. Es könnten beispielsweise Parkinsonpatienten oder Diabetiker davon profitieren, dass im Prinzip jede differenzierte Zelle zu einer reprogrammierten Stammzelle gemacht werden kann. Ein typischer Heilungsweg könnte so aussehen, dass einem Patienten Zellen entnommen und diese dann reprogrammiert werden. Diese „Reparaturzellen“ würden vom Immunsystem nicht als fremd erkannt und damit nicht abgestoßen.

Viele Fragen offen

„Der Prozess der Reprogrammierung wirft jedoch auch viele Fragen auf. Und die bearbeiten wir hier“, sagt Edenhofer. So trug man bisher die für die Reprogrammierung nötigen Faktoren über Viren in die Zellen, was zu einem höheren Risiko von Fehlentwicklungen der Zelle führt. Edenhofer und sein Team schleusen diese Faktoren daher über Proteine ein, ein mittlerweile patentiertes Verfahren. Die Wissenschaftler arbeiten in der Produktion der Proteine mit der Industrie zusammen.

Auch die Fragen, wie die veränderten Zellen dann an die Stellen gelangen, wo sie ihre Arbeit aufnehmen sollen und wie sie sich funktionell in das Gewebe integrieren können, ist noch nicht geklärt. „Hier müssen wir noch einen langen Weg gehen – es handelt sich um Grundlagenforschung“, sagt Edenhofer. Was bereits in Laboren zur Anwendung kommt, ist das sogenannte „Drug Screening“, wo an den Zellen vom Patienten Wirkstoffe getestet werden können.

Personalisierte Medizin

In der „personalisierten Medizin“ wie Edenhofer es ausdrückt, können die Zellen zum Beispiel eines Alzheimer-Patienten beliebig reproduziert werden und dann mit den verschiedenen Wirkstoffen von Medikamenten behandelt werden. „Damit wird der Patient selbst keinem Risiko mehr ausgesetzt.“ Sinn mache diese Vorgehensweise beispielsweise bei Alzheimer, da die Krankheit in vielen verschiedenen Formen und Ausprägungen auftrete. „Mehr als die Hälfte aller Pharmaunternehmen arbeiten mittlerweile mit Stammzellen“, sagt Edenhofer.

Auch wenn der Traum vom Jungbrunnen in Kunst und Kultur eine große Bedeutung hat, in der Forschung an der Medizinischen Fakultät verfolgt Edenhofer konkret einen anderen: „Vielleicht kommen wir in der Zukunft an einen Punkt, wo wir einem kranken Menschen Zellen entnehmen, diese reprogrammieren und sehr schnell herausfinden können, welche exakte Stoffkombination zur Heilung führt.“
Kontakt

Prof. Dr. Frank Edenhofer, Institut für Anatomie und Zellbiologie der Universität Würzburg,
T: (0931) 31-88113, frank.edenhofer@uni-wuerzburg.de

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