Berlin - Schillernd bunt und sphärisch: Die kleinen Gebilde wirken wie aus einer anderen Welt. Noch dazu heißen sie wie eine Figur aus einem Sciencefiction-Film: iBlastoid. Sie sind aber wirklich, irdisch – und verkörpern einen großen Fortschritt in der Stammzellforschung. Es handelt sich um Zellkugeln, die einem wenige Tage alten menschlichen Embryo im Blastozystenstadium ähneln. Das „i“ in dem Begriff steht für induziert, die Endung „-oid“ zeigt an, dass es sich um eine organische Struktur handelt, die nicht im Körper, sondern im Labor erzeugt wurde.

Und genau das ist das Besondere daran. Nie zuvor ist es Forschern gelungen, menschliche Stammzellen in der Petrischale dazu zu bringen, den Weg dieser frühen Embryonalentwicklung zu gehen, ähnlich wie es nach der Befruchtung im Körper von Natur aus geschieht oder nachdem für die künstliche Befruchtung Ei- und Samenzelle zusammengeführt wurden.

Es sind zwei Forschergruppen, die nun im Fachmagazin Nature beschreiben, wie sie humane Blastoide gezüchtet haben. Zum einen ein Team in den USA um Jun Wu von der University of Texas in Dallas. Es nutzte als Ausgangsmaterial menschliche embryonale Stammzellen (ES-Zellen). Diese Art von Zellen stammt aus frühen Embryonen, die bei künstlichen Befruchtungsverfahren übrig blieben und gespendet wurden.

Bindegewebszellen werden zu Alleskönnern

Das andere Team um Jose Polo von der Monash University in Clayton im australischen Bundesstaat Victoria verwendete ethisch unbedenklicheres Ausgangsmaterial: menschliche Bindegewebszellen aus der Haut. In der Stammzelltechnologie ist es seit einigen Jahren möglich, die Spezialisierung von Zellen so weit zurückzudrehen, dass sie ähnliche universelle Eigenschaften und Fähigkeiten haben wie in den ersten Tagen der Embryonalentwicklung. Induzierte pluripotente Stammzellen, kurz iPS-Zellen, werden diese Alleskönner genannt.

„Die Experimente zeigen nun erneut, dass iPS-Zellen den embryonalen Stammzellen gleichrangig sind“, sagt Daniel Besser, Geschäftsführer des in Berlin angesiedelten German Stem Cell Network, das hierzulande die Kompetenzen auf dem Gebiet der Stammzellforschung bündelt. Nachdem 2018 und 2019 ähnliche Blastoid-Experimente mit Stammzellen von Mäusen funktioniert hatten, habe die Fachwelt auf einen Erfolg dieses Ansatzes im Humanbereich gewartet.

Dass es relativ lange dauerte, wundert Daniel Besser nicht. „Das ist ein kniffliges Vorhaben. Es gilt dabei herauszufinden, welche Kulturbedingungen optimal sind. Man braucht die passenden Wachstumsfaktoren und Nährmedien, muss sie zur richtigen Zeit hinzufügen und auch das dreidimensionale Gerüst, die Matrix, auf dem die Zellen wachsen, muss gut gewählt sein“, erläutert der Berliner Stammzellforscher. Im Prinzip gehe es darum, den Zellen vorzugaukeln, sich in der richtigen Nische zu befinden, um die Embryonalentwicklung zu starten.

Ein Ball aus 200 bis 300 Zellen

Das Blastozystenstadium ist normalerweise am fünften Tag nach der Befruchtung erreicht. Dann besteht ein Embryo aus 200 bis 300 Zellen. Bei den Versuchen in den USA und in Australien entstanden die Blastoide aus den Stammzellen jeweils nach sechs bis acht Tagen – ohne dass Ei- und Samenzellen im Spiel waren. Die Blastoide hatten eine ähnliche Struktur wie Blastozysten: eine äußere Zellschicht – genannt Trophoblast –, die einen Hohlraum mit der inneren Zellmasse umschließt und später die Plazenta bildet. Aus der inneren Zellmasse entstehen Hypoblast – der Vorläufer des Dottersacks – und Epiblast, aus dem sich letztlich der Fetus entwickeln.

Anders als in den natürlichen Vorbildern fanden sich in den Blastoiden weitere Zelltypen, die untypisch für Blastozysten sind. Allerdings gehen die Forscher davon aus, dass sich das Verfahren noch weiter verbessern lässt, sodass die Blastoide naturgetreuer werden.

Doch wozu das Ganze? „Über die frühen Prozesse der menschlichen Embryonalentwicklung wissen wir noch relativ wenig. Ein derart komplettes Modell wird die Grundlagenforschung in diesem Bereich voranbringen“, sagt Besser. Einige Fehlentwicklungen begännen bereits in den ersten Tagen. Diese Prozesse – und zum Beispiel auch die Ursachen früher Fehlgeburten oder die Entstehung eineiiger Zwillinge – ließen sich nun erkunden. Und dazu sind die Forscher nicht wie bisher auf überzählige Embryonen aus der Reproduktionsmedizin angewiesen, was das Ausmaß der Versuche bisher stark eingeschränkt hat.

Angriffspunkte für neuartige Verhütungsmittel

Das bessere Verständnis birgt auch Anwendungsmöglichkeiten. „Denkbar ist, dass sich Angriffspunkte für neuartige Verhütungsmittel finden. Wenn es einen Wirkstoff gäbe, der gezielt die frühe Embryonalentwicklung unterbindet, ließen sich Schwangerschaften verhüten, ohne in das hormonelle System der Frau einzugreifen“, sagt der Berliner Experte.

„Solide“ und „sehr spannend“ findet der Stammzellforscher Oliver Brüstle, Direktor des Instituts für Rekonstruktive Neurobiologie am Universitätsklinikum Bonn, die beiden Arbeiten. „Es ist eine faszinierende Möglichkeit, die frühesten Stadien der menschlichen Embryonalentwicklung experimentell zu untersuchen – ohne Verwendung natürlicher Embryonen“, sagt Brüstle. Er gibt jedoch zu bedenken, dass der Prozess offenbar weiterer Optimierung bedarf. Noch dazu böten die Blastoid-Modelle lediglich Einblicke in einen sehr frühen Abschnitt der Embryonalentwicklung.

Einblicke aus späteren Phasen sind bei derartigen Experimenten rechtlich nicht möglich. Denn es gibt internationalen Konsens darüber, dass durch künstliche Befruchtung gewonnene Embryonen maximal bis zu 14 Tage nach der Befruchtung im Labor kultiviert werden dürfen. Viele nationale Gesetze regeln das ähnlich.

Rechtlicher Regelungsbedarf

Angesichts der jetzigen Entwicklung müsse man international klären, ob diese Regel auch für Blastoide gelte, schreibt das Team um Jose Polo, das die Blastoide nicht länger als 11 Tage in der Petrischale züchtete. Auch der deutsche Medizinrechtler Jochen Taupitz von der Universität Mannheim sieht Klärungsbedarf. „Das deutsche Recht verbietet die Erzeugung derartiger zellulärer Artefakte nicht. Insbesondere werden sie nach überwiegender Auffassung nicht vom Embryonenschutzgesetz erfasst“, sagt er.

Aber selbst wenn dies in der Zukunft anders wäre, sollte ihre Erforschung in vitro jedenfalls bis zu dem Zeitpunkt erlaubt sein, zu dem sich erste Strukturen von Empfindungsfähigkeit auszubilden beginnen, findet er. Nach neueren Erkenntnissen sei der Zeitrahmen dafür bei etwa 28 Tagen. Taupitz: „Deshalb wird international zu Recht diskutiert, ob die in mehreren Ländern bestehende 14-Tage-Regel nicht entsprechend ausgedehnt werden sollte.“

Auch Oliver Brüstle, der als Pionier der Stammzellforscher gilt und 2002 als erster Forscher in Deutschland eine Genehmigung für die Forschung an menschlichen embryonalen Stammzellen erhielt, hält eine breite Debatte über diese Art von Forschung für erforderlich. „Unter all den bislang im Kontext der Stammzellforschung diskutierten ethischen Problemzonen dürfte dies neben Keimbahn-Genome-Editing die sein, die am meisten Beachtung erfordert – aus ethischer wie regulatorischer Sicht“, sagt der Bonner Professor.

Theoretisch ist jetzt denkbar, aus den Körperzellen einer Person Blastoide zu züchten und diese in die Gebärmutter zu übertragen. Es entstünde also so etwas wie ein Klon.

Daniel Besser, German Stem Cell Network, Berlin

In der Tat wirft die Technologie große ethische Fragen auf. „Theoretisch ist jetzt denkbar, aus den Körperzellen einer Person Blastoide zu züchten und diese in die Gebärmutter zu übertragen. Es entstünde also so etwas wie ein Klon“, sagt Daniel Besser vom German Stem Cell Network. Für unfruchtbare oder homosexuelle Paare böte sich auf diese Weise eine Möglichkeit, genetisch zugeordnete Nachkommen zu haben. Noch dazu besteht mit der Technologie eine weitere Möglichkeit, genetische Veränderungen (Genome Editing) vorzunehmen, bevor ein Embryo entsteht.

„Wir müssen erklären, was diese Strukturen sind, und entscheiden, was mit Blastoiden gemacht werden sollte und was nicht“, sagt Nicolas Rivron vom Institut für Molekulare Biotechnologie in Wien, dem es 2018 gelungen ist, blastozystenähnliche Gebilde der Maus zu züchten. Für ihn ist klar: „Zum Beispiel sollten menschliche Blastoide niemals in eine tierische Gebärmutter oder menschliche Gebärmutter übertragen werden.“ Für Debatten darüber und entsprechende Regelungen ist genügend Zeit. Denn noch steht die Technologie am Anfang.