Kwaku Ananse

Diese Nachricht habe ich im letzten Jahr wohl überlesen und bin erst jetzt durch einen Hinweis in einem Diskussionsforum wieder darauf aufmerksam geworden:

Der an der Universität Tokio tätige Entwicklungsbiologe Takashi Tsuji und sein Forschungsteam entwickelten eine neue Methode für die Nachbildung funktionsfähiger Organanlagen aus einzelnen Zellen und ließen damit fehlende Schneide- und Backenzähne in den Kiefern von Mäusen nachwachsen. Ihre Forschungsergebnisse wurden gestern von der Fachzeitschrift "Nature Methods" im Internet veröffentlicht. "Wir sind davon überzeugt, dass eine solche Zahnregeneration zukünftig auch bei Menschen möglich ist", erklärte Projektleiter Tsuji gegenüber SPIEGEL ONLINE. Bis dahin fehlt eigentlich nur noch ein einziger Schritt.

Der Unterschied zum Forschungsstand von 2004 scheint gewaltig zu sein. Damals hieß es noch bei Nano in 3Sat:

Aus den Stammzellen wird das Gerüst eines gewünschten Zahnes hergestellt, auf dem die Zähne wachsen. Der Zahn wird dann eingepflanzt und wächst weiter. Doch das alles ist bislang Vision: Noch sind sie nur winzig, stammen vom Schwein und wachsen nicht einmal im Schweinekiefer, sondern in Laborratten heran. Eines der großen Probleme besteht darin, den Zahn dazu zu kriegen, in der Form zu wachsen, wie man ihn haben will. Zudem sind Zähne komplizierte Organe aus verschiedenen Zelltypen.

Liest man sich den Spiegel-Artikel durch, dann ergeben sich durch die folgenden Abschnitte allerdings neue Fragen, und wie das so üblich ist, wenn ein Journalist vom anderen abschreibt, bleiben diese unbeantwortet:

Als Rohmaterial für ihre Versuche nutzten die Wissenschaftler winzige Zahnknospen aus Mäuseembryonen. Die Knospen zerteilten sie in ihre Bestandteile, das Deckgewebe (Epithel) und das Bindegewebe (Mesenchym). Anschließend trennten sie die einzelnen Zellen dieser Gewebe und lösten sie je nach Typus in einer nährstoffhaltigen Flüssigkeit.

Um die Epithel- und Mesenchym-Zellen wieder erfolgreich zusammenzuführen, griffen Tsuji und seine Kollegen zu einem einfachen, aber sehr wirksamen Trick: Sie gaben zu den beiden Zelllösungen einen Tropfen Kollagen-Gel. Kollagen ist so etwas wie die universelle Kittsubstanz bei Menschen und Tieren, Kollagenfasern sind wichtige Bestandteile von Haut, Knochen und Muskeln.

Bereits nach einem Tag konnten die Forscher beobachten, wie sich die Epithel- und Mesenchym-Zellen wieder zusammengefunden und sich vollkommen selbständig zu einer neuen Zahnknospe formiert hatten. Nach einem weiteren Tag – die Knospe war jetzt etwa ein Viertel Millimeter groß – ließ sie sich problemlos im Kiefer einer Maus einpflanzen. Dort entwickelte sie sich innerhalb von zwei Wochen zu einem neuen, normal gebauten Zahn. Blutgefäße und Nerven drangen im Laufe des Wachstums in das Zahninnere, die Pulpa, vor. Es war eine vollständige Regeneration.

Die Wissenschaftler haben also Zahnknospen genommen, dann zerlegt und daraus wieder neue Zahnknospen gezüchtet. Und dass sich unter realen Bedingungen (also im Kiefer) aus Zahnknospen Zähne entwickeln, ist ja nun nicht wirklich überraschend, zumindest nicht für Mäuse. Der im Spiegelartikel beschriebene Fortschritt scheint also mehr darin zu bestehen, dass durch die Zerlegung und das nachfolgende selbstständige Zusammenwachsen zu neuen Knospen sich die Zahl der Knopsen vergrößern ließ. Aber es gibt einen Unterschied zwischen Mäuse- und Menschenzähnen, den man z.B. hier nachlesen kann:

Ein Nachteil menschlicher Zähne ist, dass sie nicht kontinuierlich wachsen, wie z.B. Mäusezähne, und deshalb kein Reservoir sich differenzierender Epithelzellen, aus denen neue Zähne gezüchtet werden könnten, bereitstellen. Weitere Stammzellenforschungen könnten jedoch ein neues Licht auf andere geeignete menschliche Zellen werfen, die an der Bildung von Zähnen beteiligt werden könnten.

Im letzten Link (von 2004) findet sich der wohl wichtigere Hinweis:

Neuere Fortschritte im Verständnis molekularer Regulationen bei der Zahnentwicklung haben zur Identifikation von Signalmolekülen geführt, die diesen Prozess in verschiedenen Stadien steuern. Weitere wissenschaftliche Durchbrüche zeigen, dass adulte Stammzellen wohl viel „plastischer" sind, als bisher gedacht. Mit anderen Worten: sie können ihre Differenzierungsrichtung entsprechend von Umgebungsreizen ändern. Mesenchymale Stammzellen aus der erwachsenen Pulpa bildeten nach Verpflanzung in Muskelgewebe Dentin; sie könnten möglicherweise die Basis für eine biotechnologische Herstellung von Zähnen sein.

An dieser Stelle scheint mir der Knackpunkt der Stammzellen"medizin" zu liegen: Wie bringt man Stammzellen bei, in welches Gewebe sie sich entwickeln sollen? Beim heranwachsenden Organismus ist das kein Problem. Da befinden sich die noch nicht voll ausdifferenzierten Zellen bereits an den richtigen Stellen des Körpers, und durch das komplexe Zusammenspiel mit ihren Nachbarn finden sie selbst heraus, welche Gensequenzen an- und welche abzuschalten sind, also zu welchen Gewebetypen sie sich entwickeln sollen. Einfach Stammzellen dorthin zu bringen, wo man neues Gewebe haben will, wird nicht funktionieren, sondern höchstens zur Ausbildung von Tumoren führen. Die Evolution hat sicher nicht ohne Grund entschieden, dass zwar bei niederen Lebewesen fehlende Gliedmaßen und Organe regeneriert werden können, bei höheren Lebewesen aber nicht.

Im Fall des Züchtens neuer Zähne benötigt man also mindestens einen zweistufigen Prozess:

1. Man muss Stammzellen in vitro lehren, in welche Gewebetypen sie sich differenzieren sollen. Und das ist nicht so einfach, weil Zähne aus mehreren verschiedenen bestehen. In den entsprechenden Artikeln kann man auch nachlesen, dass bereits die Zahnknospen von Backen-, Eck- und Schneidezähnen unterschiedlich aufgebaut sind. Als Resultat dieses Prozesses sollen implantierbare Zahnknospen entstehen.
2. Diese Zahnknospen werden in den Kiefer eingebracht und wachsen dort in vivo zu neuen Zähnen heran. Dieser Prozess hat bei Mäusen funktioniert und könnte es beim Menschen wahrscheinlich auch, d.h. Blutgefäße und Nerven sind aus dem Körper in die entstehenden Zähne eingewachsen.

Die ethischen Probleme, vor denen im Spiegelartikel gewarnt wird, sehe ich weniger – falls es gelingt, mit adulten Stammzellen zu arbeiten. In Frage kämen entweder Stammzellen des Knochenmarks oder der Haut (ich weiß nicht, welche Gewebetypen Zähnen näher stehen). Und in einer fernen Zukunft halte ich es auch für möglich, beliebige Körperzellen zu transformieren – denn der entscheidende Unterschied zwischen einer Stamm- und einer Nichtstammzelle besteht wohl nur darin, dass in der Nichtstammzelle bestimmte Gensequenzen durch Methylierung abgeschaltet sind. Das könnte man rückgängig machen, wenn man genügend von der Biochemie der DNA versteht.

Kategorie: Natur