Um den Prozess der embryonalen Entwicklung nachvollziehen zu können, haben sich Forscher in den vergangenen Jahren immer wieder daran versucht, aus embryonalen Stammzellen im Labor Embryo-ähnliche Strukturen zu kreieren. Einem Team um Sarah Harrison von der University of Cambridge ist dies nun offenbar gelungen. Die Wissenschaftler ahmten in vitro die frühe Gestaltbildung des Embryos bei Mäusen nach, indem sie zwei Arten von embryonalen Stammzellen verwendeten: gentechnisch veränderte embryonale Stammzellen und embryonale Hüllzellen, aus denen normalerweise die Plazenta entsteht.
Stammzellen kommunizieren
Die Forscher zeigten, dass sich diese Zellen in einem dreidimensionalen Stützgerüst selbstständig weiterentwickeln – zu embryonalen Gebilden, die natürlichen Embryonen einige Tage nach der Einnistung in die Gebärmutter ähneln sollen. “Beide Stammzelltypen begannen miteinander zu kommunizieren und organisierten sich zu Strukturen, die wie ein Embryo aussahen und sich auch so verhielten”, berichtet Harrisons Kollegin Magdalena Zernicka-Goetz. Erstaunlich für das Team war dabei, wie stark die Kommunikation zwischen den Zellen ausgeprägt war: “Wir wussten bereits, dass Interaktionen zwischen den unterschiedlichen Arten von Stammzellen für die Entwicklung wichtig sind. Aber bemerkenswert ist, dass es sich um eine echte Partnerschaft zu handeln scheint – diese Zellen leiten sich tatsächlich an”, sagt Zernicka-Goetz. “Ohne diese Verbindung läuft die Gestaltbildung und die pünktliche Aktivierung biologischer Schlüsselmechanismen nicht korrekt ab.”
Die Zellen entwickelten sich in der Petrischale nach dem gleichen Muster wie bei einem normalen Embryo. Außerdem fanden die Forscher Hinweise darauf, dass sich in den künstlich erzeugten Embryonen sogar Keimzellen-Vorläuferzellen bilden. Trotzdem habe ihre Kreation wenig mit einem natürlichen Embryo zu tun, meint Hans Schöler vom Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin in Münster, der nicht an der Studie beteiligt war: “Es handelt sich um Aggregate aus zwei Zelltypen, die sich eben auch im Embryo finden. Die gezeigten Gebilde einfach als Embryonen zu bezeichnen grenzt für mich aber an Wunschdenken.” Auch sein Kollege Michele Boiani schätzt das ähnlich ein: “Ich warne davor, diese Strukturen als Embryonen zu bezeichnen. Dazu ist es wissenschaftlich betrachtet viel zu früh.” Tatsächlich fehlt dem Embryo-ähnlichen Gebilde etwas Entscheidendes, um sich wie sein natürliches Vorbild weiterentwickeln zu können: ein dritter Stammzelltyp, der den sogenannten Dottersack formt und den Organismus mit Nährstoffen versorgt. Ohne ihn kann ein Embryo nach dem derzeitigen Kenntnisstand keine inneren Organe ausbilden und demnach nicht zum Fötus heranwachsen.
