Durchbruch in der Entwicklungsbiologie: Forschende erzeugen Formen menschlicher Embryonen im Labor

Die ersten Stunden und Tage bei der Entstehung eines Menschen sind noch immer in großen Teilen rätselhaft. Eizelle und Spermium verschmelzen, die befruchtete Eizelle teilt sich mehrfach und nistet sich schließlich in der Gebärmutterschleimhaut ein. Doch oft passiert es, dass so ein früher Embryo abstirbt oder sich nicht einnisten kann.

Um die Ursachen für solche Fehler zu erforschen, sind Mediziner:innen auf Spenden aus Kinderwunschkliniken angewiesen. Dort werden ihnen befruchtete Eizellen zur Verfügung gestellt, die von den Eltern nicht mehr benötigt werden. Nun ist es erstmals gelungen, im Labor frühe Formen von menschlichen Embryonen zu erzeugen – und das auch noch ganz ohne Befruchtung.

Das berichten gleich zwei Forschungsteams aus den USA und Australien im Fachblatt „Nature“. Die gewonnen Gebilde sind weit davon entfernt, künstliche Menschen hervorzubringen. Doch sie können dabei helfen, ungewollte Schwangerschaftsabbrüche zu erklären und neue Verhütungsmittel zu entwickeln.

Aussichtsreiches Verfahren mit Schwächen

Die Forschenden um José Polo von der Monash University im australischen Clayton und um Jun Wu vom University of Texas Southwestern Medical Center in Dallas sind dabei ähnlich vorgegangen. Sie erzeugten beide Blastozysten aus menschlichen Zellen. So werden die frühen kugelförmigen Zellgebilde genannt, die durch Teilung der befruchteten Eizelle in den ersten Tagen entstehen.

Dem US-amerikanischen Team gelang dies, indem sie embryonale Stammzellen so kultivierten, dass sie letztlich die Form von Blastozysten annahmen (den Aufsatz vom Team um José Polo finden Sie hier und den von Jun Wu hier).

Das Team um José Polo verwendete dagegen menschliche Bindegewebszellen. Diese Zellen regten die Forschenden im Labor so an, dass sie sich in menschliche Stammzellen umbildeten. „Dabei fiel uns auf, dass bei ihnen Gene aktiviert wurden, die sonst in Zellen von Blastozysten aktiv sind“, sagt Polo. Das Team brachte diese Zellen zusammen, die in der Folge tatsächlich blastozysten-ähnliche Strukturen bildeten.

[Wenn Sie alle aktuellen Entwicklungen zur Coronavirus-Pandemie live auf Ihr Handy haben wollen, empfehlen wir Ihnen unsere App, die Sie hier für Apple- und Android-Geräte herunterladen können]

Forschende anderer Einrichtungen bewerten das Verfahren als aussichtsreich – sehen jedoch auch seine Schwächen. „Zum ersten Mal können wir Strukturen, die dem frühen Embryo ähneln, in großer Zahl erzeugen und wir können sie leicht verändern, entweder physikalisch oder genetisch“, sagt etwa Nicolas Rivron, Gruppenleiter Synthetische Entwicklung von Säugetieren am Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien. Ihm und seinem Team war vor zwei Jahren ein ähnliches Verfahren bei Zellen von Mäusen gelungen.

Blastoide sind ihm zufolge gute Modelle, um die Entwicklung des Embryos zu verstehen und auch um Medikamente zu testen. „Wir können uns also vorstellen, dass sie gute Plattformen sind, um neue Behandlungen zu entwickeln, um zum Beispiel Fehlgeburten oder Unfruchtbarkeit zu verhindern, indem man den Prozess der Einnistung verbessert“, sagt Rivron.

Nicht alle Probleme lassen sich mit dem Modell erforschen

Um wirklich für die Forschung einsetzbar zu sein, müssen die Verfahren zunächst noch verfeinert werden. Bislang bilden nur fünf bis zehn Prozent der Strukturen Blastoide aus. Um tatsächlich nutzbar zu sein, müssen es 70 bis 80 Prozent werden. Auch dauert ihre Entwicklung noch zu lange: Im Labor brauchen sie neun Tage zur Reifung, während es natürlicherweise nur drei wären.

© imago/Westend61

Auch können die Blastoiden zukünftig nicht für alle Fragen der frühen menschlichen Entwicklung herangezogen werden. Fehler, die etwa auf eine falsche Chromosomenzahl in der befruchteten Eizelle zurückgehen, können durch Blastoide nicht wiedergegeben werden. Auch Probleme, die durch mütterliche Zellen entstehen, mit denen der frühe Embryo umgeben ist, lassen sich nicht darstellen. Zudem sind die Blastoiden bislang wesentlich kleiner als die natürlichen Blastozysten.

Sie sind außerdem nicht in der Lage, sich in der Gebärmutterschleimhaut einzunisten. Ganz zu schweigen von der Fähigkeit, echte Embryonen hervorzubringen. Doch diese Entwicklung ist nur eine Frage der Zeit – zumindest in der Theorie steht ihr nichts im Weg.

"Gefahr, dass Menschen kloniert werden"

„Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass es fundamentale Hürden gibt, die es verhindern würden, das Verfahren soweit zu optimieren, dass die artifiziellen menschlichen Zellen einen Zustand erreichen können, der äquivalent zu normalen Embryonen ist“, sagt Thomas Zwaka, Professor in der Abteilung für Stammzell- und Entwicklungsbiologie an der Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York.

Ihm zufolge kann diese Entwicklung sogar letztlich dazu führen, dass Menschen genetisch gezielt manipuliert werden: „Während die Methoden, die in den beiden Publikationen beschrieben wurden, ethisch relativ unbedenklich sind, besteht künftig die Gefahr, dass sie dazu benutzt werden könnten, Menschen zu klonieren oder in die menschliche Keimbahn einzugreifen.“

Dennoch betont auch Zwaka die Vorteile, die das Verfahren der Forschenden mit sich bringt. Viele ungelöste Rätsel der frühen menschlichen Entwicklung könnten nun beleuchtet werden. Künstliche Blastoide sind zudem eine gute Alternative für Embryonen aus Kinderwunschkliniken, die bislang zur Forschung verwendet werden.