Stammzellforschung : Leber aus der Petrischale

Japanische Wissenschaftler erzeugen aus menschlichen Stammzellen menschliche Mini-Organe, die im Körper anwachsen und dort sogar Stoffwechselfunktionen übernehmen. Zumindest bei Mäusen funktioniert das schon. Bis zu einem Einsatz bei Menschen dürften noch einige Jahre vergehen.

Cornelia Dick-Pfaff
Teil des Körpers. Diese Aufnahme zeigt, wie die Leber (grün) mit den Blutgefäßen der Maus (rot) verbunden ist.
Teil des Körpers. Diese Aufnahme zeigt, wie die Leber (grün) mit den Blutgefäßen der Maus (rot) verbunden ist.Foto: Nature/Takebe et al.

Allein in Deutschland warten tausende Menschen auf eine Organspende, hoffen, nach der Transplantation wieder ein einigermaßen normales Leben führen zu können. Doch passende Organe sind selten, zumal die Spendebereitschaft zurückgeht. Dem Traum, nicht länger ausschließlich auf Spenderorgane angewiesen zu sein, sind japanische Mediziner nun ein Stück nähergerückt. Wie sie im Fachblatt „Nature“ berichten, konnten sie in Mäusen funktionierendes menschliches Lebergewebe wachsen lassen, das sie aus Stammzellen erschaffen hatten.

Als Basis dienten sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen), die in der Petrischale zu einem sehr frühen Entwicklungsstadium der menschlichen Leber herangereift waren. In das Tier transplantiert bildeten diese „Leber-Knospen“ nicht nur eine Blutgefäßversorgung aus, sondern entwickelten sich sogar zu funktionsfähigen Lebergewebe. Vom Einsatz an menschlichen Patienten ist die Methode zwar noch weit entfernt. Dennoch belegt die Arbeit, dass es im Prinzip möglich ist, aus Organknospen vollständige Organe im lebenden Organismus wachsen zu lassen.

Hoffnung für die regenerative Medizin

„Soweit wir wissen, ist es das erste Mal, dass die Erzeugung eines funktionsfähigen, menschlichen Organs aus pluripotenten Stammzellen gelang“, schreiben Takanori Takebe von der Yokohama City University und Kollegen. Obwohl es bis zur Behandlung von Patienten noch ein weiter Weg ist, liefere der Beleg für die prinzipielle Machbarkeit einen vielversprechenden Ansatz für die regenerative Medizin. Die Forscher hoffen, dass sich die Technik auch für andere Organe eignet, wie Bauchspeicheldrüse, Nieren und sogar Lunge. Entsprechende Versuche liefen derzeit in ihrem Labor, berichten sie.

Herangereift. Leber-Knospen im Labor der Wissenschaftler.
Herangereift. Leber-Knospen im Labor der Wissenschaftler.Foto: Takanori Takebe

Tobias Cantz von der Medizinischen Hochschule Hannover und vom Max-Planck-Institut für Molekulare Biomedizin, der an der Arbeit nicht beteiligt war, hält sie für einen bemerkenswerten Fortschritt: „Ziel ist es, eine Mini-Leber zu züchten, die nicht nur aus Leberzellen besteht, sondern auch die für das vollständige Organ notwendige Bindegewebs- und Gefäßstruktur besitzt“, erläutert er. Bisher habe man gedacht, das könne außerhalb eines Embryos gar nicht funktionieren. „Dass dies nun gelungen ist, ist ein Meilenstein, den die japanischen Forscher zu Recht für sich beanspruchen.“

Für ihre Arbeit brachten Takebe und Kollegen zunächst menschliche iPS-Zellen dazu, sich zu Vorläufern von Leberzellen zu entwickeln. Diesen fügten sie Gefäßzellen aus der Nabelschnur und unreife Bindegewebszellen hinzu. Nach vier bis sechs Tagen organisierten sich die verschiedenen Zelltypen in der Petrischale zu einer dreidimensionalen Struktur. Diese Leber-Knospen wurden in Mäuse verpflanzt – unter anderem in den Kopf, weil es dort stellenweise weniger Schmerzrezeptoren gibt und das Schicksal der Implantate besser verfolgt werden kann als in der Bauchhöhle. Bereits 48 Stunden nach der Transplantation verbanden sich die Knospen mit dem Gefäßsystem der Tiere. Diese Blutgefäßbildung war ein essenzieller Schritt dafür, dass das Transplantat einwachsen und seine Organfunktion aufnehmen konnte. Das Team konnte weiterhin zeigen, dass das Lebergewebe tatsächlich Stoffwechselfunktionen übernahm.

Forschung braucht noch einige Jahre

Bis eine Anwendung am Patienten in greifbare Nähe rückt, werden mindestens fünf Jahre vergehen, womöglich sogar zehn bis fünfzehn, schätzt Cantz. Er sieht drei grundsätzliche Probleme, die es noch zu bewältigen gilt. Zum einen geht es um die schiere Masse an Gewebe. Die menschliche Leber wiege rund tausendmal so viel wie eine Mäuseleber, sagt Cantz. „Man benötigt also größere oder mehrere Leber-Knospen, die trotzdem die gleichen Eigenschaften haben.“ Weiterhin müsse gewährleistet sein, dass der Einsatz von iPS-Zellen sicher für den Patienten ist und keine unerwünschten Nebenwirkungen mit sich bringt. Darüber hinaus müsse nach einem günstigen Ort gesucht werden, an dem die Mini-Lebern eingepflanzt werden könnten.

Selbst wenn die Methode in Zukunft in der Klinik eingesetzt wird, könnte sie die klassische Organspende kaum vollständig ersetzen, fügt Cantz hinzu. Voraussetzung sei, dass die eigene Leber nicht vollständig entfernt wird, sondern lediglich die Stoffwechselfunktion repariert werden müsste. Bei vielen Erkrankungen mit Krebsrisiko sei das aber nur die zweitbeste Möglichkeit. „Für weniger als die Hälfte der Patienten würde das prinzipiell infrage kommen“, sagt der Mediziner. Organe aus der Petrischale wären aber zumindest eine Entlastung. Laut der Deutschen Stiftung für Organtransplantation warten hierzulande knapp 12 000 kranke Menschen auf ein Spenderorgan.