Menschliche Organe aus Tieren: Forschen an der Chimäre

Die Rezeptur ist so einfach wie bestechend: Man nehme menschliche Stammzellen und verpflanze sie in Schweineembryonen, die aufgrund bestimmter Genmutationen ein Organ wie das Herz oder die Niere selbst nicht mehr bilden können. Die menschlichen Zellen werden die Lücke schließen, sodass ein Schwein mit einem menschlichen Organ heranwächst – nutzbar als Transplantat für schwerkranke Patienten.

So futuristisch das klingen mag, in den USA haben Forscher allein im letzten Jahr etwa 20 Schwangerschaften bei Schweinen und Schafen herbeigeführt, um solche chimären Embryonen heranzuzüchten. Und in Großbritannien wird erwartet, dass das Tierversuchskomitee (Animals in Science Committee) der Regierung in diesen Tagen bindende Richtlinien für solche Experimente veröffentlicht. Dann wäre für britische Forscher der Weg frei für die Entwicklung von Mensch-Tier-Chimären als Organquellen.

Chimären können nützliche Realität sein

Dass Chimären nicht nur in griechischen Sagen existieren, sondern nützliche Realität sein können, hat der japanische Forscher Hiromitsu Nakauchi als einer der Ersten bewiesen. Er pflanzte sehr jungen Mausembryonen, die aufgrund einer Mutation keine Bauchspeicheldrüse mehr bilden, embryonale Stammzellen von Ratten ein – und schuf so Mäuse mit Bauchspeicheldrüsen aus Rattenzellen. Den nächsten Schritt dieser „Blastozysten-Komplementation“ genannten Prozedur, das Herstellen von Mensch-Tier-Chimären, verbieten japanische Gesetze allerdings. Nakauchi ist deshalb an die Universität Stanford in Kalifornien umgezogen. Zwar haben die Nationalen Gesundheitsinstitute NIH, die größte Forschungsförderungsinstitution in den USA, im Herbst 2015 beschlossen, Forschung an solchen Chimären nicht mehr zu finanzieren. Doch Nakauchi bekommt Geld aus dem drei Milliarden Dollar schweren kalifornischen Fonds zur Förderung der Stammzellforschung, den das Institut für Regenerative Medizin verwaltet.

Jetzt will er mit Schafen wiederholen, was ihm in Japan mit Mäusen gelang. Die menschlichen Zellen, die er verwendet, stammen von Nakauchi selbst, sagte der Forscher dem „MIT Technology Review“. Seine Hautzellen werden zu Stammzellen, iPS-Zellen, umprogrammiert, die dann in Schafembryonen übertragen werden. Diese werden dann in die Gebärmutter eines Schafs eingesetzt. Ähnliche Experimente mit Schweinen finden an der Universität von Kalifornien in Davis statt. Keines der Mischembryos wurde bislang länger als 28 Tage ausgetragen. Vorerst wollen die Forscher nur wissen, ob sie die richtige Menge menschlicher Zellen injizieren und unter welchen Bedingungen sich in den Schaf- und Schweinembryos ein funktionierendes menschliches Organ entwickelt.

Ähnlichen Experimenten in Deutschland steht nichts entgegen

Ähnlichen Experimenten in Deutschland steht nichts entgegen. Das Embryonenschutzgesetz (ESchG) regelt das Herstellen von Tier-Mensch-Chimären nur zum Teil. Laut Paragraf 7 wird mit bis zu fünf Jahren Haft bestraft, wer tierische und menschliche Embryonen vereinigt oder wer einem menschlichen Embryo eine entwicklungsfähige tierische Zelle hinzufügt. Kurz: das ESchG schützt menschliche Embryonen vor einer Vermischung mit tierischen Zellen – nicht jedoch tierische Föten, denen menschliche Zellen untergeschoben werden.

Für Forscher in Deutschland bedeutet das, dass sie zwar keine menschlichen embryonalen Stammzellen in frühe tierische Embryonen (Blastozysten) einbringen dürfen. Aber iPS-Zellen wären kein Problem, denn sie werden aus Körperzellen gewonnen und künstlich umprogrammiert. Dadurch werden sie zu Stammzellen, die viele Gewebe des Menschen bilden können, aber anders als embryonale Stammzellen keinen ganzen Menschen, sagt Eckhard Wolf von der Ludwig-Maximilians-Universität München. Im Sinne des Gesetzes dürften iPS-Zellen also in tierische Embryonen verpflanzt werden.

Alleskönner-Stammzellen haben einen Nachteil

Ohne das Embryonenschutzgesetz zu verletzen, könnten auch Stammzellen verwendet werden, die schon so weit differenziert sind, dass sie nur noch bestimmte Organe bilden können, sagt Wolf. Mit Vorläuferzellen der Nieren ist das im Tierversuch bereits gelungen. So wuchsen die Entwicklungsknospen von Nieren aus Schweineembryonen in Mausembryonen zu funktionstüchtigen Organen heran. Solche Ansätze wären nicht nur aus juristischer, sondern auch aus biologischer Sicht sinnvoller als embryonale oder reprogrammierte Stammzellen zu verwenden, sagt Wolf. Denn die Alleskönner-Stammzellen hätten einen entscheidenden Nachteil: Weil sie jedes Gewebe bilden können, wären sie nach dem Einbringen in einen tierischen Embryo möglicherweise auch in Organen zu finden, wo man besser keine menschlichen Zellen haben möchte – zum Beispiel im Gehirn, in den Eierstöcken oder den Hoden.

Ein Schwein, dessen Gehirn teilweise aus menschlichen Zellen besteht und womöglich zu menschlichen Geistesblitzen fähig ist? Eine Sau, die ab und zu auch eine menschliche Eizelle in die Gebärmutter springen lässt? Werden für Chimärenexperimente embryonale Stammzellen verwendet, dann kann man solche Szenarien nicht mit Sicherheit ausschließen. Es lässt sich nicht steuern, zu welchen Organen sie zu welchem Prozentsatz beitragen. Verändern schon fünf oder erst 50 Prozent menschlicher Zellen das tierische Gehirn und machen es erkennbar „menschlicher“? Dass solche Fragen noch nicht beantwortet werden können, ist ein Grund, warum die NIH solche Experimente vorerst nicht finanzieren.

Sind Gruselszenarien realistisch?

Chimärenforscher wie Nakauchi argumentieren hingegen, dass man nicht wissen könne, ob die Gruselszenarien menschlich denkender oder aussehender Schweine realistisch sind, solange man es nicht ausprobiert hat. „Wenn niemand diese Experimente durchführt, können wir nicht abschätzen, ob die Risiken riesig oder vernachlässigbar sind oder irgendwie dazwischenliegen“, sagt der britische Biologe Martin Bobrow, der in die Entwicklung der neuen Richtlinien für die Chimärenexperimente involviert war.

Während es in Großbritannien für Chimärenexperimente nun bald zumindest Richtlinien gibt, sind die Grenzen für solche Versuche in Deutschland alles andere als klar definiert. Der Deutsche Ethikrat hat 2011 eine Stellungnahme zur Chimärenforschung formuliert, nach der die „Übertragung von menschlichen Zellen auf Säugetiere (...) ethisch statthaft“ ist, wenn das Forschungsziel 1. hochrangig beziehungsweise der medizinische Nutzen groß ist, 2. die Tierschutzrichtlinien erfüllt sind. Und wenn 3. „die Chimärisierung nicht vor der Ausbildung der Organanlagen stattfindet“, was bedeuten würde, dass beispielsweise menschliche iPS-Zellen nicht in frühe tierische Embryonen (vor Beginn der Embryonalentwicklung) gespritzt werden dürften. Allerdings wurden die Forderungen des Ethikrates nie in ein Gesetz überführt.

Das gilt ebenso für die Empfehlung des Rates, das „Ausmaß der Integration der Zellen und des Verhaltens der Tiere nach der Geburt“ zu kontrollieren. Nicht einmal die Empfehlung des Rates, das Einfügen hirnspezifischer menschlicher Zellen in das Gehirn von Menschenaffen zu verbieten, hat irgendwelche Aktivitäten der Legislative nach sich gezogen.

Klare Richtlinien wären hilfreich

Auf die Frage, ob Regeln für die Chimärenforschung nötig seien, antwortet Eckhard Wolf zögerlich. Klarere Richtlinien wären hilfreich, aber Überregulierung auch gefährlich. So habe Italien ein Gesetz gegen Xenotransplantation, also jeden artübergreifenden Zelltransfer, erlassen. „Damit sind auch sehr sinnvolle und essenziell wichtige Experimente in der Krebsforschung unmöglich geworden, bei denen menschliche Immun- und Krebszellen in Mäuse transplantiert werden, um Krebs und neue Krebstherapien zu erforschen.“

Wolf selbst plant keine Chimärenexperimente. Er will bei der Xenotransplantationsforschung bleiben. Deren Ziel ist es, Schweine gentechnisch so zu verändern, dass ihre Organe Menschen transplantiert werden können, ohne dass das Immunsystem sie abstößt. „Es ist aber möglich, dass Xenotransplantations- und Chimärenforscher künftig zusammenarbeiten werden“, sagt Wolf. Denn selbst wenn es gelingt, Schweine oder Schafe mit menschlichen Organen zu züchten, werden diese Organe immer einige tierische Zellen enthalten – beispielsweise Blutgefäßzellen.

Transplantiert in einen Menschen würde das Organ dann abgestoßen, weil das Immunsystem die tierischen Zellen erkennt und angreift. „Nimmt man als Ausgangspunkt für die Herstellung der Chimären aber Schweine, die für die Xenotransplantation optimiert wurden, dann könnte die Immunreaktion ausbleiben oder zumindest kontrollierbar werden“, sagt Wolf.

Mensch und Schwein unterscheiden sich genetisch mehr als Mensch und Ratte

Ohnehin sind viele Fragen offen. Dass etwa menschliche Zellen in Schweineembryonen genauso gut integrierbar sind wie die Rattenzellen in Nakauchis Mausföten, ist unwahrscheinlich. Mensch und Schwein unterscheiden sich genetisch weit mehr als Maus und Ratte. Die Zellen der beiden Arten nutzen ihre eigene molekulare „Sprache“. Das könnte zum Beispiel dazu führen, dass Signalmoleküle des Schweins von menschlichen Zellen nicht erkannt werden. Ihnen fehlen dann die nötigen Impulse, um sich zu einem Organ zu entwickeln und sich korrekt in den fremdartigen Organismus einzubinden. Solche Unverträglichkeiten gibt es sogar zwischen Ratte und Maus. Experimente, bei denen Rattenstammzellen in Mausembryonen gespritzt wurden, um eine Niere zu bilden, schlugen fehl. Die Gewebe, die Niere und Harnweg bilden sollten, fanden nicht zueinander.