Schaf-Mensch-Embryos: Mischwesen gegen den Organmangel

Eine Arbeitsgruppe erzeugt Schafe, die zum Teil aus menschlichen Zellen bestehen. Die Technik soll gleich zwei Probleme der Organtransplantation lösen. Kann sie das?

von Lars Fischer

Ein Schaf streckt die Zunge raus. — © N-sky / Getty Images / iStock (Ausschnitt)

Ihren menschlichen Anteil würde man den Schafembryos nicht ansehen, von denen eine Arbeitsgruppe um Pablo Ross von der University of California auf der Jahrestagung der American Association for the Advancement of Science (AAAS) in der texanischen Stadt Austin berichtete. Nur etwa eine von 10 000 Zellen der 28 Tage alten Organismen stammte vom Menschen. Das aber sind immerhin zehnmal so viele wie beim letzten derartigen Experiment der Arbeitsgruppe, als sie Schweineembryos mit menschlichen Zellen erzeugte.

Solche Mischwesen zu produzieren, ist längst nicht mehr nur biologische Grundlagenforschung – die als Chimären bezeichneten Embryos gelten als eine mögliche Zukunft der Transplantationsmedizin. Tiere mit menschlichem Anteil sollen, das ist zumindest die Hoffnung, gleich zwei Probleme von Spenderorganen lösen: Zum einen gibt es viel zu wenig gespendete menschliche Organe, und zum anderen erkennt der Körper das fremde Gewebe niemals als eigenes an. Damit ein Spenderorgan funktioniert, muss man das Immunsystem mit Medikamenten unterdrücken – und auch das hilft nur einige Jahre.

CRISPR und Stammzellen

Organe aus menschlichen Zellen, die in einem Tier heranwachsen, sind auf den ersten Blick eine attraktive Lösung. Dazu stellt man zuerst einmal induzierte Pluripotente Stammzellen (iPSC) der Person her, die das fertige Organ dann empfangen soll. Diese Zellen, die noch alle Gewebe des Körpers bilden können, injiziert man dann zum genau richtigen Zeitpunkt in einen Schweine- oder Schafembryo, so dass sie wie Zellen des Wirtstiers an der weiteren Entwicklung teilnehmen. Der Trick: Mit Hilfe von CRISPR/Cas9 schaltet man schon zuvor jene Gene des Embryos ab, die seine Zellen befähigen, das gewünschte Organ zu bilden. Dadurch bilden ausschließlich menschliche Zellen das Organ – und da diese Zellen aus dem Empfänger kommen, gibt es auch keine Abstoßung.

So weit die Theorie. In der Praxis gibt es noch eine Reihe Probleme. Eines davon zumindest lösen die erfolgreichen Versuche in Schwein und Schaf: Diese Tiere haben Organe, die ähnlich groß sind wie ihre menschlichen Gegenstücke; außerdem stieg im neuen Experiment der Anteil menschlicher Zellen, der nach Ansicht von Fachleuten etwa ein Prozent betragen muss, deutlich an.

Die Arbeitsgruppe habe bereits begonnen, berichtet der "Guardian", mit Hilfe gentechnischer Verfahren Schweine- und Schafembryos zu erzeugen, die keine Bauchspeicheldrüse bilden. 2017 war es dem gleichen Team immerhin gelungen, mit der Stammzelltechnik Bauchspeicheldrüsen von Mäusen in Ratten heranwachsen zu lassen und sie zurück in Mäuse zu transplantieren – wo sie tatsächlich einen künstlich erzeugten Diabetes milderten.

Blinde Passagiere im Zuchtorgan

Offen ist allerdings noch, ob das bisher nur in Nagetieren erfolgreich getestete Prinzip tatsächlich bei großen Säugetieren funktioniert. Zum Beispiel kann man bisher nicht ausschließen, dass ein solches Organ aus fremden Zellen eben doch Gewebe des Wirtstiers enthält – Blutgefäße zum Beispiel, die das Organ versorgen. Komplexere Organe entstehen aus verschiedenen Zellpopulationen, die man alle separat identifizieren und beim Tier ausschalten muss. Gelingt das nicht, käme es wohl zu einer heftigen Abstoßungsreaktion. Und noch andere unerwünschte Gäste könnten als Trittbrettfahrer mitreisen: Viren.

Sorgen machen dabei weniger die akuten und deswegen leicht erkennbaren Infektionen bei Schwein und Schaf, sondern vielmehr die im Genom schlummernden Retroviren. Deren Gene sind im Genom der Wirtstiere fest eingebaut, könnten aber reaktiviert werden und womöglich eine Gefahr darstellen. Immerhin hat eine Arbeitsgruppe im September 2017 berichtet, mit Hilfe von CRISPR/Cas9 alle Retroviren aus einem Schweinegenom entfernt zu haben – alle bekannten jedenfalls.

Die Arbeitsgruppe um Ross gibt sich jedenfalls optimistisch. Menschen werden in Zukunft in Tieren gezüchtete Ersatzorgane empfangen, lässt sich Mitautor Hiro Nakauchi von der Stanford University im "Guardian" zitieren. "Es könnte fünf Jahre dauern oder es könnte zehn Jahre dauern, aber wir werden schlussendlich in der Lage sein, das zu tun."

... oder doch aus dem Labor?

Bis dato ist aber sogar noch unklar, wie lebensfähig die Mensch-Schaf-Chimären überhaupt sind. Bisher jedenfalls wuchsen die Embryos nur 28 Tage heran, weil die Arbeitsgruppe um Ross keine Genehmigung für eine längere Versuchsdauer hatte – lediglich etwa ein Fünftel der normalen Tragzeit bei Schafen. Das reicht, um festzustellen, dass die menschlichen Zellen im Embryo präsent sind und Gewebe bilden. Was darüber hinaus geht, sieht man nicht.

Und damit gibt es wohl auch einige Hürden, die die Entwicklung noch einmal deutlich verzögern könnten. Nicht zuletzt sind das ethische Fragen: Eine menschliche Niere im Schaf ist eine Sache – aber was, wenn die menschlichen Stammzellen plötzlich beginnen, in Hirnstrukturen aufzutauchen? Hätte das Schaf dann Teile des menschlichen Bewusstseins? Bisher, so die Arbeitsgruppe, sei der Anteil menschlicher Zellen viel zu klein, als dass das eine reale Möglichkeit sei. Außerdem arbeite man daran, zu kontrollieren, in welchen Geweben die menschlichen Zellen auftauchten und in welchen nicht.

Sollten derartige Szenarien jedoch real werden, würde das Team die Forschung wohl nicht vorantreiben, sagt auch Pablo Ross. Die womöglich größte Gefahr für die Entwicklung chimärer Organe kommt allerdings wohl aus einer anderen Richtung: Es ist keineswegs gesichert, dass man überhaupt ein Tier braucht, um ein Organ aus Stammzellen heranwachsen zu lassen. Eventuell kann man gespendete Zellen in einem künstlichen Gerüst oder gar in der von Zellen befreiten Bindegewebsstruktur eines echten Organs in die gewünschte Form wachsen lassen – oder sie gar direkt per 3-D-Drucker erzeugen.