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  4. Wissenschaft: Leben aus dem Labor: Forscher erzeugen künstliches Maus-Embryo

Wissenschaft
08.09.2022

Leben aus dem Labor: Forscher erzeugen künstliches Maus-Embryo

Keine Eizelle, kein Spermium, kein Sex - Forschende haben im Labor Maus-Embryonen erzeugt.
Foto: Amadei and Handford

Keine Eizelle, kein Spermium, kein Sex – Forscher erzeugen Maus-Embryonen aus einem Stammzellen-Mix. Könnte das auch mit menschlichen Stammzellen funktionieren? Und will man das?

Keine Eizelle, kein Spermium und erst recht kein Sex – auch ohne diese gemeinhin üblichen Zutaten für den Beginn neuen Lebens haben Forschende im Labor Embryonen erzeugt. Keine menschlichen Embryonen, sondern Embryonen der Maus. Sie schufen die Keimlinge allein aus Stammzellen und ließen sie im Labor heranwachsen, länger als es bisher gelungen ist. Die synthetischen Embryonen entwickelten sich in großen Teilen vergleichbar zu natürlichen Embryonen und bildeten ein Gehirn, ein schlagendes Herz sowie Anlagen für das Nervensystem und den Verdauungstrakt.

„Es ist einfach unglaublich, dass wir so weit gekommen sind“, sagt Studienleiterin Magdalena Zernicka-Goetz von der University of Cambridge (Großbritannien). „Das war seit Jahren der Traum unserer Community und seit einem Jahrzehnt der Schwerpunkt unserer Arbeit – und nun haben wir es geschafft.“ Die Wissenschaftlerin und ihr Team stellen ihre Forschungsergebnisse im Fachmagazin Nature vor. Bereits vor einigen Wochen hatten Wissenschaftler aus Israel um Jacob Hanna vom Weizmann Institut of Science (Rehovot) ganz ähnliche Ergebnisse in der Fachzeitschrift Cell vorgestellt.

Werden künftig auch menschliche Embryonen synthetisch erzeugt?

Wird mit diesen Arbeiten der Beginn des Lebens ins Labor verlegt? Werden auch menschliche Embryonen künftig synthetisch erzeugt – ohne dass weibliche und männliche Keimzellen nötig sind? Und darf Mensch mit Embryonen überhaupt experimentieren, rechtlich und moralisch betrachtet? Fragt man die Forschenden selbst, ist die Schaffung synthetischer Embryonen eher Mittel zum Zweck als Selbstzweck: Sie wollen damit die Entstehung eines Organismus und die frühen Entwicklungsschritte detailliert studieren, ohne dabei auf Tierversuche zurückgreifen zu müssen. Ziele sind, Krankheiten und Entwicklungsstörungen besser zu verstehen und eines Tages Organe für Transplantationen gewinnen zu können.

Tatsächlich sind viele Details der frühen Entwicklung eines Lebewesens bis heute unbekannt: Wie wird aus einer einzigen Zelle – der befruchteten Eizelle – ein vollständiger, komplexer, lebender Organismus? Welche Gene werden wann aktiv, wie differenzieren sich unterschiedliche Zelltypen und wie kommunizieren die sich entwickelnden Organe und Gewebe untereinander und mit ihrer Umgebung? Bei Säugetieren wie dem Menschen laufen all diese Prozesse verborgen im Inneren der schützenden Gebärmutter ab. Die nun vorgestellten Experimente bringen sie wortwörtlich ans Tageslicht: Die erzeugten Maus-Embryonen entwickelten sich bis zum Tag 8,5 der Schwangerschaft unmittelbar vor den Augen der Forschenden. Das ist knapp die Hälfte der etwa 19 Tage dauernden Schwangerschaft einer Maus und geht über den Zeitpunkt hinaus, an dem sich die Embryonen im mütterlichen Körper in die Gebärmutter einnisten würden. Danach stellen die synthetischen Embryonen ihre Entwicklung ein.

"Wir stehen vor einer neuen technologischen Revolution"

Für ihre Erzeugung waren weder Ei- noch Spermienzellen nötig, die Forscher ließen sie aus Stammzellen heraus entstehen, jene Arten von undifferenzierten Zellen, die sich zu unterschiedlichen Zelltypen entwickeln können. Die Wissenschaftler kombinierten für die Experimente drei verschiedene Arten von Stammzellen, aus denen der Embryo selbst sowie die ihn umgebenden Strukturen wie Dottersack und Plazenta hervorgehen. Die entstandenen synthetischen Embryonen wuchsen in einem künstlichen Inkubator heran, der die Bedingungen in der Gebärmutter simulierte. „Wir stehen zweifellos vor einer neuen technologischen Revolution“, kommentiert Lluis Montoliu vom Nationalen Zentrum für Biotechnologie in Madrid (Spanien) die Ergebnisse. Das Verfahren sei noch sehr ineffizient, habe aber enormes Potenzial. „Die Entdeckung erinnert an so spektakuläre wissenschaftliche Fortschritte wie die Geburt des Klonschafs Dolly, das wir 1997 kennengelernt haben, bei der ein Embryo aus dem Kern einer Körperzelle rekonstruiert wurde.“

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Die frühen Embryonen besäßen eine „erstaunliche Ähnlichkeit mit normalen Mausembryonen“, sagt Malte Spielmann, Direktor des Instituts für Humangenetik am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Kiel und Lübeck. „Unter anderem konnten alle 26 Zelltypen, die bei normalen Embryonen vorliegen, auch in den synthetischen Embryonen nachgewiesen werden, und nur ein einziger Zelltyp – Teile der Plazenta – fehlte bei den synthetischen Embryonen.“ Bei beiden vorgestellten Arbeiten handelt es sich zunächst um Machbarkeitsnachweise – sie zeigen, dass es möglich ist, aus Stammzellen synthetische Embryonen zu erzeugen und sie im Labor bei Mäusen bis in die mittlere Schwangerschaft am Leben zu erhalten.

Durch die Forschung könnten Ursachen von Fehlgeburten identifiziert werden

Zwei zentrale Fragen, die sich unmittelbar daraus ergeben, sind: Funktioniert das auch mit menschlichen Stammzellen und wenn ja, wozu wäre das nützlich? „Was die Relevanz für die Forschung mit menschlichen Stammzellen betrifft, so ist diese Arbeit natürlich ein wichtiger Ausgangspunkt“, sagt Jesse Veenvliet vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik (Dresden). „Ich bin sicher, dass es einen Wettlauf um die Herstellung der ersten menschlichen Strukturen geben wird.“ Letztlich sei die Frage aber nicht, ob, sondern wann die Übertragung auf menschliche Stammzellen erfolge. Gelänge es, auf vergleichbare Weise synthetische Embryonen aus menschlichen Stammzellen zu schaffen, würde das Forschenden ermöglichen, die frühe Entwicklung des Menschen viel genauer als bisher zu untersuchen. So könnten möglicherweise auch Ursachen für Fehlgeburten identifiziert werden, zu denen es genau zu dem Zeitpunkt komme, wenn die unterschiedlichen Arten von Stammzellen beginnen, miteinander zu kommunizieren, erläutert Studienleiterin Zernicka-Goetz. „So viele Schwangerschaften enden um diesen Zeitpunkt herum, noch bevor die meisten Frauen erkennen, dass sie schwanger sind. Wenn da etwas schief läuft, scheitert die Schwangerschaft.“

Darüber hinaus biete die Forschung an synthetischen Embryonen die Möglichkeit, auf eine große Zahl an Tierversuchen zu verzichten – in der Grundlagenforschung zur Embryonalentwicklung genau wie in der angewandten Forschung, wenn es etwa darum geht, die Risiken von Umweltchemikalien oder pharmazeutischen Wirkstoffen abzuschätzen. Schließlich nennen die Forscher die Möglichkeit, eines Tages Zellen, Gewebe oder ganze Organe für Transplantationen mit Hilfe synthetischer Embryonen erzeugen zu können. „Anstatt für jeden Zelltyp – etwa für Nieren- oder Leberzellen – ein eigenes Protokoll zu entwickeln, können wir vielleicht eines Tages ein synthetisches, embryoähnliches Modell erstellen und dann die benötigten Zellen isolieren“, erläutert Hanna. „Wir müssen den entstehenden Organen nicht vorschreiben, wie sie sich entwickeln müssen. Das kann der Embryo selbst am besten.“

Die synthetischen Embryonen können nicht zu einer Lebendgeburt führen

Experten plädieren nun dafür, die ethischen Implikationen solcher Forschung frühzeitig zu diskutieren und rechtzeitig entsprechende Regeln für den Umgang mit solchen Zellen aufzustellen. Die bisherige rechtliche Situation für die Forschung an Embryonen ist komplex. In Deutschland ist sie laut dem Embryonenschutz komplett verboten. In vielen anderen Ländern gilt die sogenannte 14-Tage-Regel, nach der Experimente an menschlichen Embryonen nur bis zu diesem Tag der Entwicklung erlaubt sind. Ob die bestehenden Regeln grundsätzlich auch auf synthetische Embryonen anwendbar sind und ob diese auch der 14-Tage-Regel unterliegen sollten, ist unklar. „Ich denke, dass wir die Debatte darüber eher früher als später beginnen sollten, aber gleichzeitig ist es absolut entscheidend, zu erkennen, dass diese synthetischen Embryonen – wie das Mausmodell zeigt – , egal wie embryoähnlich sie aussehen, kein organismisches Potenzial haben: Sie können nicht zu einer Lebendgeburt führen“, sagt Veenvliet.

Aus synthetischen Embryo-Strukturen könnten Organe oder Organteile gewonnen werden

Mit Bezug auf die Situation in Deutschland sei die zentrale Frage, die sich angesichts der neuen Versuche einmal mehr stelle, ob das Embryonenschutzgesetz noch angemessen ist, sagt der Theologe und Medizinethiker Peter Dabrock von der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen. „Daran gibt es berechtigte Zweifel.“ Die Möglichkeit, aus synthetischen Embryo-Strukturen eines Tages Organe oder Organteile zu gewinnen, sei ein „hochrangiges therapeutisches Ziel“, was aus ethischer Sicht entsprechende Forschungsexperimente prinzipiell rechtfertigen könne. „Man muss zudem den Anfang des Lebens meiner Ansicht nach komplexer denken, als das bisher oft der Fall ist. Die Orientierung allein an der Frage ,Wann beginnt biologisch menschliches/organisches Leben?’ ist unzureichend.“ Entscheidend bei der moralischen Bewertung solcher Experimente ist Dabrock zufolge unter anderem die Frage, ob künstlich erzeugte, organische Strukturen jemals implantiert und zur Geburt gebracht werden sollen. Hier hat er erhebliche Bedenken. Diese träfen auch dann zu, wenn solches Leben zur Schmerzempfindung fähig wäre. Wegen all dieser Fragen sei eine öffentliche Diskussion geboten. (Anja Garms, dpa)

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