Entwicklungsbiologie: Biologen verwandeln Stammzellen in Embryonen

Mit nur einem einzigen Zusatzstoff in der Petrischale brachten der Biologe Ali Brivanlou und seine Kollegen menschliche Stammzellen dazu, Embryonen-ähnliche Gebilde zu formen. Damit haben sie ein Modell eines menschlichen Embryos geschaffen, das sich im Labor nicht nur im Detail studieren lässt, sondern auch neue ethische Fragen aufwirft.

Die Wissenschaftler tröpfelten ein Protein namens BMP4 zu menschlichen embryonalen Stammzellen hinzu. Es ist ein wichtiges Signalmolekül während der Embryonalentwicklung vieler Organismen. Die Stammzellen formten sich daraufhin zu Zellkugeln, die einem menschlichen, etwa zehn Tage alten Embryo ähneln. Und nicht nur das. Die Gebilde vollzogen noch einen weiteren wesentlichen Entwicklungsschritt: Sie brachen die Kugelsymmetrie und hatten fortan eine Art "Oben" und "Unten". Dies ist ein besonderer Vorgang, ohne den aus einem Embryo später kein Fötus werden kann.

Über ihre Experimente berichten die Forscher im Fachblatt Nature Cell Biology. Sie nennen die Konstrukte Embryoide, eine Anlehnung an das Wort Organoid, mit dem Wissenschaftler Mini-Organe bezeichnen, die sie bereits seit einiger Zeit im Labor aus Stammzellen züchten können. Organoide dienen der Erforschung neuer Arzneimittel, helfen aber auch, die grundsätzliche Funktionsweise und Entwicklung der Organe zu verstehen.

"Ich habe das Gefühl, auf eines der größten Geheimnisse unserer Existenz zu blicken"

Brivanlou möchte Embryoide nutzen, um den Entwicklungsschritt vom kugelförmigen Zellknäuel zum asymmetrischen Embryo untersuchen. Im amerikanischen Radiosender NPR bezeichnete der Entwicklungsbiologe von der Rockefeller University in New York diese sehr frühe Lebensphase als black box. Sie vollzieht sich normalerweise ja auch im Mutterleib. Den ersten Bruch der Symmetrie im sehr jungen Embryo zu verstehen, bezeichnet Brivanlou als eines der wichtigsten Ziele der Entwicklungsbiologie, denn "Leben ist eine einzige Aneinanderreihung von Symmetriebrüchen". Diesen Schritt nun im Labor nachzuvollziehen sei überwältigend: "Ich habe das Gefühl, auf eines der größten Geheimnisse unserer Existenz zu blicken."

Vor gut zwei Jahren hatte Brivanlou bereits Furore gemacht mit einem Bericht über menschliche Embryonen, die er 13 Tage lang im Labor heranreifen ließ. Diese Embryonen waren seinerzeit ganz konventionell aus Eizelle und Spermium entstanden. Bis dahin galten sieben Tage Wachstum in der Petrischale als maximal erreichbare Lebensspanne außerhalb des Mutterleibs.

Damals, im Mai 2016, forderten Wissenschaftler, die in vielen Ländern der Welt geltende, sogenannte 14-Tage-Regel zu überdenken. So lange dürfen dort Embryonen im Labor heranwachsen, bevor das Experiment abgebrochen werden muss. In Deutschland dürfen Embryonen durch künstliche Befruchtung ausschließlich mit dem Ziel geschaffen werden, eine Schwangerschaft herbeizuführen, nicht jedoch zu Forschungszwecken.

Brivanlous synthetische Embryonen ähneln biologischen Vorbildern, die wahrscheinlich etwas älter sind. "Die Frage ist: Wie lange erlaubt man, solche Strukturen wachsen zu lassen und wann stoßen sie an die ethischen Grenzen", sagte der Stammzellforscher George Daley von der Harvard Medical School gegenüber NPR. Wissenschaftlich betrachtet seien die Embryoide wichtig. Bislang habe es keine Möglichkeit gegeben, entsprechende Entwicklungsstadien zu untersuchen "und jetzt haben wir dieses bemerkenswerte Werkzeug in einer Petrischale".

Die Wissenschaftler um Brivanlou verneinen auch nicht, dass man die ethischen Aspekte im Blick behalten müsse, doch betonen sie, dass ihre synthetisch erzeugten Modell-Embryonen nicht denselben moralischen Staus hätten wie menschliche Embryonen, die aus Ei- und Samenzelle erschaffen wurden. Zumal diese Konstrukte niemals auch nur ansatzweise zu einem Baby erwachsen könnten. Neben den entwicklungsbiologischen Fragestellungen könnten die Embryoide auch helfen, Erbkrankheiten zu erforschen, die die Entwicklung von Embryonen beeinträchtigen, sagt Brivanlou.