Blutzellen zu epigenetisch jüngeren neuralen Stammzellen verwandelt

Die für die Umwandlung in neurale Stammzellen verwendeten menschlichen Blutzellen stammten laut Studie von Spendern vom Neugeborenenalter bis 101 Jahren. Nach Angaben der Universität Bonn zeigten beispielsweise die Zellen eines 80-jährigen Spenders anschließend ein molekulares Alter von weniger als 20 Jahren. Die in der Fachzeitschrift Aging Cell veröffentlichte Studie beschreibt Versuche an Zellkulturen im Labor.

Wie die Umprogrammierung im Labor funktioniert

Für den Vergleich erzeugten und untersuchten sie isogene Zellpaare, bei denen aus demselben Spender sowohl auf direktem Weg als auch über den Umweg induzierter pluripotenter Stammzellen neurale Stammzellen entstanden, mit Proben von Neugeborenen bis zu hochbetagten Spendern. Das Alter der Zellen bestimmten sie anhand des Musters der DNA-Methylierung mit einem auf frühere Arbeiten von Horvath zurückgehenden Rechenverfahren, der sogenannten epigenetischen Uhr.

Verjüngung über Wochen, nicht über Nacht

Bei Zellen älterer Spender ergab diese epigenetische Uhr eine ausgeprägte Verjüngung: In frühen Kulturstadien blieben noch etwa 13 Prozent, nach längerer Vermehrung etwa 5 Prozent des ursprünglichen Spenderalters erhalten. Der Prozess zog sich über mehrere Wochen hin und hielt laut der Studie auch an, wenn die Forschenden die Zellteilung mit Glycerol oder Thymidin bremsten. Dabei reichte der Erwerb einer neuralen Stammzellsignatur deutlich über den Zeitpunkt hinaus, an dem sich teilungsfähige PAX6-positive Zellen zeigten. Mit der Zeit verschwanden auch die Unterschiede im Erbgutaktivitätsmuster zwischen jungen und alten Spenderzellen; etablierte Zelllinien zeigten schließlich keine altersbezogenen Merkmale mehr, ähnlich wie aus pluripotenten Stammzellen gewonnene Zellen. Studienautor Oliver Brüstle erklärte dazu laut der Universität Bonn, die Verjüngung sei bei diesem direkten Ansatz schrittweise erfolgt und habe sich über mehr als 100 Tage verfolgen lassen. Diese epigenetische Verjüngung sorge nach seinen Worten auch dafür, dass sich die Zellen tatsächlich wie junge Zellen verhielten.

Im Vergleich: Direkter Weg gegen Umweg über Stammzellen

Ein Bericht des Wissenschaftsportals PET beschreibt zudem, dass beim zweistufigen Verfahren die epigenetischen Uhren der Zellen deutlich schneller zurückgesetzt wurden und rasch ein einem embryonalen Zustand entsprechendes Alter erreichten, während Zellen von Spendern ab 80 Jahren beim direkten Weg erheblich länger brauchten, am Ende aber den embryonalähnlichen Vergleichszellen stark ähnelten.

Wo die Aussagekraft der Studie endet

Die Studienautoren weisen selbst darauf hin, dass das anhand der DNA-Methylierung berechnete Alter nur eine Näherungsgröße für das biologische Alter ist, weil es altersbezogene Zellfunktionen nicht direkt misst. Laut einem Bericht des Portals scinexx wurde die zeitliche Entwicklung nur an wenigen Spenderlinien untersucht und sämtliche Experimente fanden ausschließlich in Zellkulturen statt; ob das Verfahren jemals Krankheiten behandeln oder Gewebe im Körper verjüngen kann, ist damit offen. Nach Angaben des Portals ScienceAlert benannten die Forschenden zusätzlich mögliche mathematische Verzerrungen ihrer Verjüngungsmodelle, das Fehlen natürlich gealterter neuraler Stammzellen als Vergleich und mögliche Unterschiede zwischen Zellkultur und einem lebenden Organismus als Grenzen ihrer Arbeit. Die Zellen für die Studie stammten laut ScienceAlert von 15 Menschen im Alter vom Neugeborenen bis 101 Jahren.

In früheren Studien hatten die Bonner Forschenden bereits gezeigt, dass auf diesem Weg erzeugte Nervenzellen nach einer Transplantation in Mäusegehirne Verbindungen mit vorhandenen Neuronen bilden. Oliver Brüstle bezeichnete Alter laut dem Bericht von PET als wichtigsten Risikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer und sieht im langsamen Verjüngungsprozess ein Modell, um Faktoren und Wirkstoffe zu untersuchen, die ihn beschleunigen oder verlangsamen.