Deutsche Zell-Forscher drehen die Altersuhr des Menschen zurück

Ein paar Milliliter Blut, sieben Wochen im Brutschrank, und aus den Zellen eines hochbetagten Menschen wird etwas, das molekular kaum noch Spuren des Alters trägt.

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Den Forschern aus Bonn und Aachen ist damit ein faszinierender Durchbruch gelungen. Sie haben aus einfachen Blutproben – selbst von über 100-jährigen Menschen – im Labor junge Nervenstammzellen gezüchtet. Mithilfe von zwei genetischen Schaltern wurden die altersschwachen Zellen innerhalb weniger Wochen quasi umprogrammiert und weisen nun molekular kaum noch Spuren des Alters auf.

Das beschreibt ein Team um die Neurowissenschaftlerin Lea Jessica Berg und den Stammzellforscher Oliver Brüstle vom Institut für Rekonstruktive Neurobiologie der Universität Bonn im Fachjournal Aging Cell. Beteiligt war auch die Gruppe des Alternsforschers Wolfgang Wagner von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH Aachen).

Für die Studie spendeten 15 Menschen Blut, vom Neugeborenen bis zum 101-Jährigen. Die Forscher isolierten daraus Vorläufer roter Blutkörperchen und schleusten mithilfe eines harmlosen Virus zwei sogenannte Steuergene ein: SOX2 und cMYC. Steuergene enthalten den Bauplan für Proteine, die andere Gene gezielt an- oder abschalten und so bestimmen, welche Identität und Aufgabe eine Zelle hat.

Mit nur zwei Schaltern konnten die Forschenden Blutzellen direkt in sogenannte induzierte neurale Stammzellen umwandeln. Das sind Zellen, aus denen sich verschiedene Arten von Nervenzellen entwickeln können. Dabei war kein Zwischenschritt über embryonenähnliche Zellen nötig. Solche Zellen können sich normalerweise in viele unterschiedliche Zelltypen entwickeln.

Schon nach etwa zwölf Tagen zeigten die umgewandelten Zellen typische Eigenschaften von Nervenstammzellen. Anschließend konnten sie sich im Labor weiterentwickeln. Dabei entstanden nicht nur Nervenzellen, sondern auch zwei wichtige Arten von Stützzellen im Gehirn. Diese Stützzellen unterstützen die Nervenzellen und helfen dabei, dass das Gehirn richtig funktioniert.

Das Alter schmilzt, langsam aber stetig

Das biologische Alter der Zellen wurde mithilfe einer sogenannten epigenetischen Uhr bestimmt. Diese untersucht bestimmte chemische Markierungen auf dem Erbgut. Diese Markierungen verändern sich im Laufe des Lebens und können deshalb Hinweise darauf geben, wie alt eine Zelle biologisch ist.

Bei den ursprünglichen Blutzellen passte das gemessene biologische Alter gut zum tatsächlichen Alter der Menschen, von denen sie stammten. Nach der Umwandlung in neurale Stammzellen sah das jedoch ganz anders aus: Die neu erzeugten Stammzellen wiesen im Durchschnitt nur noch etwa 13 Prozent des Alters ihrer ursprünglichen Spender auf. Wurden die Zellen anschließend längere Zeit im Labor gezüchtet, sank dieser Wert sogar auf unter fünf Prozent.

Das bedeutet, dass die Zellen durch die Umwandlung biologisch deutlich jünger wirkten. Bei einer Person, die 101 Jahre alt ist, würde das rechnerisch einem Zellalter entsprechen, das eher dem eines Kindes ähnelt. Wichtig ist dabei: Die Zellen werden dadurch nicht tatsächlich zu Kinderzellen. Vielmehr deuten die Messungen darauf hin, dass bestimmte biologische Altersmerkmale bei der Umwandlung zurückgesetzt wurden.

Bei der klassischen Rückprogrammierung zu sogenannten Alleskönner-Zellen wird die biologische Uhr innerhalb von etwa drei Wochen vollständig zurückgesetzt. Bei der hier untersuchten Methode dauerte es dagegen rund 50 Tage, bis die meisten Spuren des biologischen Alterns verschwunden waren. Für die Forschung ist das ein Vorteil: Weil der Prozess länger dauert, können Wissenschaftler die einzelnen Schritte genauer beobachten und untersuchen, wie sich das biologische Alter gezielt beeinflussen lässt.

Allerdings zeigt eine epigenetische Uhr nur ungefähr an, wie alt eine Zelle biologisch ist. Deshalb untersuchte das Forschungsteam zusätzlich weitere typische Anzeichen des Alterns. Dazu gehörten Veränderungen an der Kernhülle, die die Erbinformation im Zellkern umgibt, sowie die Funktion der zellulären Müllabfuhr.

Diese sorgt dafür, dass beschädigte oder nicht mehr benötigte Bestandteile abgebaut werden. Auch die Mitochondrien, die Energie für die Zelle bereitstellen, mögliche Schäden an der DNS und sogenannte Seneszenzmarker wurden überprüft. Letztere sind Merkmale von Zellen, die sich nicht mehr teilen, aber weiterhin aktiv sein können.

Das Ergebnis: In den umgewandelten Stammzellen von 87 und 101 Jahre alten Spendern fanden die Forschenden keine auffälligen Anzeichen dafür, dass die Zellen weiterhin gealtert waren. Auch bei der Aktivität der Gene näherten sich die Zellen einander an. Vor der Umwandlung unterschieden sich junge und alte Blutzellen in der Aktivität von fast 1.900 Genen. Nach der Umwandlung waren es nur noch etwa zwölf Gene.

Das deutet darauf hin, dass sich die Zellen durch die Umwandlung nicht nur bei ihrem gemessenen biologischen Alter, sondern auch bei vielen anderen Altersmerkmalen verjüngten.

Kein Jungbrunnen, aber ein Werkzeug

Die Forscher vermuteten zunächst, dass sich die Zellen vor allem deshalb verjüngen, weil sie sich ständig teilen und vermehren. Um diese Vermutung zu überprüfen, bremsten sie die Zellteilung mithilfe von Wirkstoffen. In einem weiteren Versuch sorgten sie dafür, dass sich die Zellen frühzeitig zu Nervenzellen entwickelten. Solche ausgereiften Nervenzellen teilen sich normalerweise nicht mehr.

Das Ergebnis überraschte: Auch wenn sich die Zellen nicht mehr oder nur noch wenig teilten, wurde ihr biologisches Alter weiterhin deutlich jünger. Die epigenetische Uhr lief fast genauso weit zurück wie bei Zellen, die sich weiter vermehrten. Die Verjüngung scheint also nicht davon abhängig zu sein, dass sich die Zellen teilen. Welcher Vorgang stattdessen dafür verantwortlich ist, muss noch untersucht werden. Die Forscher halten SOX2 für einen möglichen Schlüssel.

Eine Anti-Aging-Behandlung für Menschen ist damit allerdings noch lange nicht in Sicht. Die Verjüngung fand bisher ausschließlich im Labor statt, in einer künstlichen Umgebung außerhalb des Körpers. Außerdem weist das Forschungsteam auf mehrere Grenzen der Studie hin: Die epigenetische Uhr kann nicht alle Veränderungen erfassen, die beim Altern auftreten. Zudem gibt es keine geeigneten, tatsächlich gealterten Nervenstammzellen, mit denen die Forscher ihre Ergebnisse direkt vergleichen könnten. Auch unterschiedliche Sauerstoffbedingungen während der Züchtung im Labor könnten die Messungen beeinflusst haben.

Den größten Nutzen der Ergebnisse sehen die Forscher deshalb in der Grundlagenforschung. Das neue Verfahren könnte eine Alternative zu bisherigen Modellen der Zellverjüngung sein. Damit ließe sich genauer untersuchen, welche biologischen Prozesse dafür sorgen, dass Zellen jung bleiben oder wieder jünger werden.

Besonders interessant ist das für die Hirnforschung. Denn das Alter ist einer der wichtigsten Risikofaktoren für Erkrankungen des Gehirns, darunter Alzheimer und Parkinson. Ein besseres Verständnis der Zellalterung könnte langfristig dabei helfen, solche Erkrankungen besser zu verstehen und möglicherweise neue Behandlungsansätze zu entwickeln.