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Die Augenmacher

VON ULRICH BAHNSEN

Ein Durchbruch im Labor: Forscher haben gelernt, Netzhaut aus embryonalen Zellen zu züchten. Blinde sollen wieder sehen können.

Die Augenmacher© -Oxford- - iStockphoto.comIn einem japanischen Labor ist es gelungen, menschliche Netzhaut aus Stammzellen zu züchten
Als ein neongrün schimmernder Halbmond auf der riesigen Leinwand schwebt, ist Robin Ali auf dem Höhepunkt seines Vortrags angekommen: »In meiner ganzen wissenschaftlichen Karriere habe ich nie etwas Erstaunlicheres gesehen«, ruft der Forscher vom Londoner University College in den überfüllten Ballsaal des Hamburger Grand Elysée Hotels. Das strahlende Gebilde ist ein menschliches Auge in seiner Entstehung, so wie es in der achten Schwangerschaftswoche aussieht. Doch dieses Sinnesorgan wächst nicht im Mutterleib, sondern in Alis Labor - in einer Plastikschale.

Das Bild auf der Leinwand elektrisierte Mitte Juli das Publikum des Retina International World Congress. Unter dem Motto »Gateway to Vision - Tor zum Sehen« trafen sich Forscher, Blinde und Sehbehinderte, um gemeinsam den Sachstand im Kampf gegen fatale Augenleiden zu debattieren. Für die Betroffenen sind Robin Ali und eine Handvoll seiner Kollegen die derzeit größte Hoffnung, neues Augenlicht zu erlangen - irgendwann in der Zukunft. Ausgerechnet bei einem hochkomplexen Gewebe wie der menschlichen Netzhaut weckt die biomedizinische Grundlagenforschung nun die Aussicht auf Heilung.

Einst unbehandelbare Leiden der Netzhaut gelten schon heute nicht mehr als unabänderliches Schicksal. Mit neuartigen Medikamenten und Gentherapien wollen Augenmediziner künftig das bedrohte Sehvermögen retten. Schon jetzt zeigen erste klinische Versuche an Patienten: Gerade die zahlreichen erblichen Leiden des Sehorgans lassen sich durch Eingriffe bessern oder zumindest stabilisieren. »Das ist für eine Reihe von Menschen bereits Realität«, sagt der Retinaforscher Thomas Reh vom Health Science Center der University of Washington in Seattle.

Und verblüffende Fortschritte der Stammzellforscher nähren nun auch die Hoffnung, die Funktion bereits zerstörter Netzhaut durch die Verpflanzung von Retinazellen wiederherzustellen. Zwar sind die Transplantate noch längst nicht reif für die Therapie von Patienten, bis dahin haben die Wissenschaftler noch etliche medizinisch-technische Hürden zu überwinden. Ein Großteil der Hoffnungen gründet sich erst auf die Ergebnisse von Tierexperimenten. Aber schon heute wachsen in den Laboren vollständige menschliche Netzhäute heran. Sie sollen künftig für die Reparatur bislang nicht kurierbarer Retinadefekte bei Blinden und Sehbehinderten eingesetzt werden. »Da sind komplexe Probleme zu lösen«, sagt der Augenarzt Frank Holz von der Uni Bonn, »doch es ist der richtige Weg, um Patienten zu helfen, bei denen Fotorezeptoren bereits untergegangen sind.«

Die Zelllabors des Institute of Ophthalmology, in denen Robin Alis Team die Netzhäute päppelt, liegen in der ersten Etage eines lang gestreckten, schmutzig gelben Klinkerbaus mit grün lackierten Fensterrahmen. Hier in der Bath Street, im Osten von Central London, ist die britische Kapitale nicht schick und glitzernd. Keine glamourösen Bars, keine teuren Restaurants - »just ordinary working people«, sagt ein Mann, der den Weg weist. Gleich neben dem Forschungsinstitut liegt die Kinderabteilung der weltbekannten Augenklinik Moorfields Eye Hospital.

Das keimende Sehorgan ist mit bloßem Auge kaum zu erkennen, auch sein grüner Schimmer zeigt sich nur im Fluoreszenzmikroskop. Der Augenbecher misst etwa einen halben Millimeter, so groß ist auch eine menschliche Augenanlage im Mutterleib. Hier jedoch wächst nicht das Auge eines heranreifenden Kindes, es ist ein Zuchtprodukt aus menschlichen embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) und in deren Erbanlagen verborgenen Wachstumsprogrammen.

»Man muss das nicht von außen steuern«, sagt Robin Ali. Er lehnt sich in seinem Bürosessel zurück und faltet die Hände über dem leichten Bauchansatz. »ES-Zellen bilden die Augenbecher durch Selbstorganisation - ein erstaunlicher Befund.« Ali ist einer der Forschungsleiter der Abteilung Molekulare Therapie, kein Augenarzt, sondern Molekulargenetiker - und very British. Nur der Nachname und die leichte Hauttönung des 46-Jährigen deuten - »mein Vater ist Bangla-deschi« - auf einen Migrationshintergrund. Seit zwei Jahrzehnten forscht er für einen Sieg über die Erblindung. Noch ist es ein Wunschtraum, Blinde sehend zu machen. Aber obwohl niemand garantieren kann, dass ihre Befunde bei der Anwendung am Menschen Bestand haben werden - die Forscherszene sieht sich vor einem historischen Durchbruch.

Bereits im Jahr 1920 wurde aus der bis dato vergeblichen Hoffnung auf biblische Wunder erstmals eine wissenschaftliche Mission: Forscher sollen damals von Natur aus blinden Höhlensalamandern durch Retinatransplantate Sehfähigkeit verliehen haben. Ähnliche Versuche mit Mäusen verliefen Ende der 1950er Jahre dagegen wenig erfolgreich. Transplantierte Netzhäute aus Mausföten überlebten zwar im Auge erwachsener Tiere, gleichwohl funktionierte das übertragene Sehepithel nicht, es stellte keine Verbindung zur Netzhaut der Empfänger her. Trotz vielfältiger Versuche blieb den Transplanteuren ein echter Erfolg lange verwehrt. Nur bei Amphibien und Fischen kann sich die Netzhaut selbst erneuern, ihre retinalen Stammzellen können verlorene Sehzellen wieder ersetzen. »Je weiter man im Tierreich nach oben geht«, sagt Ali, »desto mehr schwindet diese Fähigkeit.« Bei Säugern und erst recht bei Primaten hat die Netzhaut jede Begabung zur Selbstreparatur verloren. Wenn deren Zellen großflächig absterben, bildet sich dort Narbengewebe. Und das ist blind, für immer.

Doch im Jahr 2000 weckte ein Bericht im Magazin Science erstmals auch die Hoffnung auf die Zucht von Netzhautzellen für Blinde. Damals hatten Wissenschaftler der Universität von Toronto besondere Retinazellen am Rande der Netzhaut entdeckt, die sich wie Stammzellen verhielten. Könnte man diese Zellen isolieren und aus ihnen Zapfen und Stäbchen züchten, die Fotorezeptoren des Auges?

Diese Hoffnung ist inzwischen zerstört: »But it would have been lovely«, seufzt Ali - es wäre so schön gewesen. Weder sein Team noch andere Forschergruppen konnten ein echtes regeneratives Potenzial in diesen Zellen nachweisen. »Sie werden nie zu Fotorezeptoren.« Die Idee aber, Erblindeten mit gezüchteten Sehzellen zu helfen, wich damals nicht aus den Köpfen. Denn der amerikanische Zellbiologe Jamie Thomson hatte bereits erkundet, wie sich Zellen aus frühen menschlichen Embryonen als embryonale Stammzellen züchten lassen. Die Netzhautexperten waren elektrisiert: Menschliche ES-Zellen können sich in alle Zelltypen verwandeln, und besonders leicht in neuronale, zu denen auch alle Zellen der Netzhaut gehören. Inzwischen hat das US-Unternehmen Advanced Cell Technology bereits einem Patienten mit Altersblindheit und einem weiteren mit der erblichen Form dieser Erkrankung spezielle Zellen (retinale Pigmentepithelzellen) transplantiert, die aus ES-Zellen gezüchtet wurden. Diese Epithelzellen dienen der Versorgung der Fotorezeptoren. Sterben sie, reißen sie die lichtempfindlichen Sinneszellen mit in den Tod.

Nun bringt ein weiterer Durchbruch auch die Herstellung von transplantierbaren Fotorezeptoren in Griffweite. Robin Ali hatte als einer der Ersten davon Wind bekommen: Im Dezember 2010 schickte ihm das Fachblatt Nature einen Forschungsbericht japanischer Kollegen zur Begutachtung. Eine aufwühlende Lektüre: »Ich rannte in meinem Büro im Kreis und wedelte mit dem Manuskript.«

Weltweit hatten sich bis dahin Forscher an der Umwandlung von Thomsons ES-Zellen in Fotorezeptoren versucht - mit bescheidenen Resultaten. Durch Zugabe von Wachstumsfaktoren in das Nährmedium lässt sich die Differenzierung in Nervenvorläufer und dann in retinale Zellen zwar erzwingen - doch nur wenige wachsen dabei zu Fotorezeptoren heran. Man erhalte einen Mischmasch von Zellen »und viel zu wenig Fotorezeptoren«, klagt Ali. »Sie funktionieren nicht.« Was funktioniert, zumindest bei blinden Mäusen, ist die Transplantation weit herangereifter Fotorezeptoren aus Föten. Die übertragenen Sehzellen wanderten in die Netzhaut, berichteten die Londoner Forscher im April in Nature. Sodann hätten sie sich selbsttätig an die signalverarbeitenden Nervenschichten der Netzhaut angeschlossen. Das Ergebnis seien eine verbesserte Sehleistung und höhere Aktivität im visuellen Kortex der Tiere. Seither ist den Transplanteuren klar, was sie benötigen, um Blinden zu helfen: noch unreife menschliche Sehzellen in großer Zahl. »Man braucht etwa 40 000 Zellen, um einen Effekt zu erzielen«, sagt Ali. Wie aber züchtet man diese Mengen im Labor?

Die Antwort hatte in ebenjenem Manuskript gestanden, das Ali zur Begutachtung bekommen hatte und das schließlich am 7. April 2011 von Nature veröffentlicht wurde. Der Japaner Yoshiki Sasai und seine Kollegen am Zentrum für Entwicklungsbiologie des Forschungszentrums Riken in Kobe beschrieben detailliert, wie sie intakte Augenbecher aus ES-Zellen von Mäusen gezüchtet hatten. Im Juni 2012 verblüfften die Japaner ihre Fachkollegen erneut. Im Fachblatt Cell Stem Cell präsentierten sie die Rezeptur für menschliche Augenknospen aus embryonalen Stammzellen.

Seither wird Sasai in der Szene gerühmt als »Mann, der weiß, was Stammzellen wünschen«. Augen sind nur eines der Projekte in seiner fernöstlichen Forschungsstätte: Der Stammzellexperte züchtet mit seiner Technologie bereits auch menschliches Großhirn- und Hypophysengewebe heran. »Der Hirnmacher« (The brainmaker), betitelte Nature vergangene Woche ein mehrseitiges Porträt des Forschers. Sein Geheimnis ist eine dreidimensionale Kultur in einem Gel. ES-Zellen, so wissen die Forscher inzwischen, besitzen ein vorgestelltes Programm für die Entwicklung von Nervengewebe. Soll aus ihnen etwas anderes werden, muss man sie mit Signalfaktoren behandeln. Tut man das nicht, formieren sich die ES-Zellen im Gel zu kugeligen Gebilden (embryoid bodies). Wenige Tage später bilden sich kleine Flecken, stellte Sasais Team fest - sehr frühe Augenanlagen. Trennt man die frühen Knospen ab, wachsen sie in der Kulturschale schnell zu vollständigen menschlichen Augenbechern voller Sehzellen heran. »Man kann die Knospen ernten wie Äpfel«, sagt Sasai. Sollten sich die gezüchteten Sehzellen in Tierversuchen ebenso bewähren wie Sehzellen aus Föten, könnten irgendwann die ersten Tests an Patienten durchgeführt werden.

Gut möglich allerdings, dass auch diese Versuche so schmählich scheitern wie alle Blindenkuren der Vergangenheit. Doch zumindest im Prinzip habe man bereits Gewissheit, auf dem richtigen Dampfer zu sein, versichert Robin Ali. »Wir haben noch einen langen Weg zu gehen«, sagt er. »Aber dann werden wir das Sehen retten können.«


Aus DIE ZEIT :: 30.08.2012

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