Zwei Wochen in der Petrischale : Menschliche Embryonen können in Gel einnisten

Erstmals haben Forscher im Labor beobachtet, wie sich menschliche Embryonen bis zum Alter von fast zwei Wochen entwickeln - auch während und nach der Einnistung. Nun fragen sie: Soll die internationale 14-Tage-Regel weiter als rote Linie gelten?

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Zu sehen sind zwei unterschiedlich eingefärbte Abbildungen eines in der Petrischale gewachsenen Embryos.
Im Gel gediehen. Tag 10 (grün) und Tag 11 (blau) eines in der Petrischale gewachsenen Embryos.Foto: Zernicka-Goetz Lab, University of Cambridge

Das Mysterium begann bisher am siebten Tag. Die ersten sieben Tage menschlicher Entwicklung verstehen Forscher fast bis ins kleinste Detail. Sie haben beobachtet, wie sich die befruchtete Eizelle immer wieder teilt. Sie können nachvollziehen, wie sich in dem kleinen Ball von Stammzellen ein Hohlraum bildet und die Zellen eine von drei Aufgaben zugewiesen bekommen: Manche gehören zu der Hülle, die den Embryo umschließt. Sie ist lebenswichtig, denn daraus wird später die Plazenta. Andere werden den Dottersack bilden und somit die Ernährung des frühen Embryos sichern. Und dann sind da jene Zellen, aus denen sich der winzige Körper formen wird (Epiblasten). Doch ab Tag sieben schwimmt die Blastozyste nicht mehr frei umher. Sie muss sich in die Gebärmutter einnisten, um zu überleben. Im Labor konnte man die nächsten Schritte der Ausdifferenzierung daher nicht mehr analysieren.

Diese technische Hürde gibt es nun nicht mehr, berichten zwei Teams um den Stammzellforscher Ali Brivanlou von der Rockefeller University in New York und die Entwicklungsbiologin Magdalena Zernicka-Goetz von der Universität Cambridge in den Fachjournalen "Nature" und "Nature Cell Biology". Sie haben Embryonen bis zum 13. Tag in der Petrischale wachsen lassen. Ganz ohne mütterliche Hilfe, ganz ohne Uterus. Dafür war nicht nur genau die richtige chemische Zusammensetzung der Nährlösung nötig, sondern auch ein gelartiges Gerüst, in das sie sich einnisten konnten und eine bestimmte Menge Sauerstoff. "Es geht um ein tieferes Verständnis unserer eigenen Entwicklung", sagt Zernicka-Goetz. Wer die komplexen, molekularen Prozesse während und nach der Einnistung kenne, der könne besser erklären, warum derart viele Schwangerschaften in diesem frühen Stadium schief gehen und warum nur eine von vier künstlichen Befruchtungen klappt. Mit dem Wissen könnte man in Zukunft Paaren mit unerfülltem Kinderwunsch helfen, hoffen sie und ihre Kollegen.

"Ein Meilenstein für das Forschungsfeld"

Sechs Tage länger im Labor als bisher. "Das klingt trivial, ist aber ein Meilenstein für das Forschungsfeld", sagt Vittorio Sebastiano von der Medizinischen Hochschule der Universität Stanford, der nicht an der Studie beteiligt war. Kombiniert mit den Techniken der Genomchirugie könne man mit dem System sogar aufklären, welche Gene für die Einnistung entscheidend sind.

Bereits die beiden nun veröffentlichten Studien bargen Überraschungen. So hatten die Forscher nicht erwartet, dass die Embryonen so lange ohne molekulares "Gespräch" mit dem mütterlichen Körper auskommen. Vielmehr organisierten sie sich die drei Zelllinien auch nach der Einnistung weiterhin selbstständig. Ohne ein zusätzliches Signal von außen abzuwarten, begannen sie nach der Einnistung in die Gelmatrix, an neue Stellen zu wandern. So bildeten die Epiblasten zum Beispiel den zweite Hohlraum, der später zur Fruchtblase wird. Bisher ging man davon aus, dass dafür einige Epiblasten absterben. Brivanlou und seine Kollegen identifizierten außerdem eine Zellgruppe, die an Tag 10 entstand und am Tag 12 wieder verschwand - eine Art vorübergehendes Organ, das kein anderes Säugetier hat. Die Gene, die in den Zellen während und nach der Einnistung abgelesen wurden, unterschieden sich ebenfalls erheblich von denen, die die Entwicklung von Maus-Embryonen steuern. "Uns interessiert die komplette molekulare Signatur der Zellen", sagt Brivanlou. "Wir wollen systematisch ab Tag eins wissen, wie die Zellen miteinander kommunizieren und zu welchem Zelltyp sie werden sollen."

Noch wirken die Embryonen etwas zu flach und zweidimensional

Die Details zur Ausdifferenzierung der embryonalen Stammzellen werden unter anderem die Stammzellbiologie und damit die regenerative Medizin voranbringen, schreibt Janet Rossant von der Universität von Toronto in "Nature". Allerdings seien die Embryonen in der Petrischale unnatürlich flach und zweidimensional geraten, Nährlösung und Gerüst wohl noch nicht perfekt geeignet. Ohne ein wirklich dreidimensionales Modellsystem sei es schwierig, etwa Hohlräume und Strukturen eindeutig zu identifizieren. "Es ist ein erster Schritt, um den Beginn menschlichen Lebens klarer zu erfassen", schreibt sie.

Neben den wissenschaftlichen Herausforderungen, die nach wie vor bestehen, gibt es eine international anerkannte ethische Grenze. Auch in liberal eingestellten Ländern, die Forschung an menschlichen Embryonen grundsätzlich zulassen, ist dies nur bis zum 14. Tag nach der Befruchtung erlaubt. Denn dann ist eine Gruppe von Zellen zu erkennen, die als "Primitivstreifen" zeigen, wo der eigentliche Embryo anfängt und aufhört. Ab diesem Zeitpunkt ist auch klar, ob sich ein einzelnes Lebewesen oder nicht etwa doch ein Zwilling entwickelt. Beide Forschergruppen stoppten die Experimente daher spätestens am 13. Tag und töteten die Embryonen notfalls ab.

Auf Kollisionskurs mit der 14-Tage-Regel

Diese Grenze sollte nun neu überdacht werden, fordern die drei amerikanischen Forscher Insoo Hyun, Amy Wilkerson und Josephine Johnston ebenfalls in "Nature". Mit den jüngsten Fortschritten befinde sich die Wissenschaft geradezu auf Kollisionskurs mit der 14-Tage-Regel. Wenn sich Forscher, Ethiker, Politiker und interessierte Bürger in internationalen Konsultationen einigen, könnten sie die Grenze neu ziehen. Ohnehin sei die 14-Tage-Regel nie als Aussage über den moralischen Status des Embryos gedacht gewesen. Darüber gebe es viel zu unterschiedliche Ansichten - von der Befruchtung über Schmerzempfinden und erste Gehirnaktivität bis hin zur Lebensfähigkeit außerhalb des Mutterleibes. Vielmehr habe sie sich als praktisch umsetzbares Stoppschild erwiesen. Und dieses könne man nach internationalen Beratungen auch an anderer Stelle aufstellen.

"Wir wussten, dass dieser Tag kommen würde", sagt Francoise Baylis, Bioethikerin an der Dalhousie-Universität in Halifax, Kanada. "Aber ist es nicht etwas ironisch, dass in dem Augenblick, wo die Grenze praktische Relevanz hat, der Vorschlag kommt, sie zu verschieben?" Auch Hank Greely von der Medizinischen Hochschule der Universität Stanford sieht die Forderung kritisch. Immer wieder hätten die Lebenswissenschaften in den vergangenen Jahrzehnten rote Linien definiert, die nicht überschritten werden dürfen. Man wollte keine Eingriffe in die menschliche Keimbahn, keine menschlichen Klone, keine Forschung an Embryonen jenseits der 14-Tage-Grenze. "Das Versprechen, nicht über den 14. Tag hinaus an menschlichen Embryonen zu forschen, war leicht", sagt er. Außerhalb des Mutterleibs konnte sie eh niemand länger als neun Tage am Leben halten. Mit dem technischen Fortschritt komme nun sofort die Forderung, diese ethische Grenze erneut zu erwägen. "Ich bin davon nicht überzeugt", sagt Greely. "Was soll der Nutzen sein? Sind ein paar Tage mehr in der Petrischale wirklich ein gutes Modell für die frühe menschliche Entwicklung? Woher sollen wir das ohne Vergleichsmöglichkeit wissen?" Zudem müsse es irgendeine Grenze geben - gerade bei einem fortlaufenden Prozess wie der embryonalen Entwicklung, wo die Grenzen nicht offensichtlich seien. Brivanlou und Zernicka-Goetz bezweifeln unterdessen, dass ihre Embryonen überhaupt länger als 14 Tage überleben könnten. Vermutlich brauchten sie einen bisher unbekannten Mix aus Hormonen, Nährstoffen und Signalen der Mutter.

In Deutschland wären die Studien nicht erlaubt

Die 14-Tage-Regel wurde 1979 in den USA festgelegt. Seitdem ist die Regel in zwölf Ländern Gesetz geworden (zum Beispiel in Großbritannien und Schweden), viele andere haben sie in ihren Richtlinien für die Forschung übernommen. Darunter sind auch Indien und China. In Deutschland verbietet das Embryonenschutzgesetz Forschung mit menschlichen Embryonen. Die beiden Studien untermauerten die dem deutschen Gesetz zugrundeliegende Annahme, dass ein Embryo das Potenzial zur Selbstorganisation aus eigenen Ressourcen mitbringt, meint Dieter Birnbacher, der Vorsitzende der Zentralen Ethikkommission bei der Bundesärztekammer. Trotzdem seien die Experimente wissenschaftlich hochinteressant. Bisher sei es nicht möglich gewesen, die Vorgänge rund um die Einnistung des Embryos außerhalb des Mutterleibes zu untersuchen. „Wir sind aber dennoch meilenweit entfernt von der Vision einer Ektogenese, also dem Heranzüchten eines Kindes außerhalb des Mutterleibes“, betont Birnbacher. (mit dpa)

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