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Forscher aus Grossbritannien und den USA haben menschliche Embryonen für zwei Wochen im Labor heranwachsen lassen. Sie reiften ganz ohne mütterliches Zutun. Die Studien dürften die Diskussion um die Forschung an Embryonen neu beleben.
Erstmals haben Forscher die Entwicklung menschlicher Embryonen zwei Wochen lang detailliert in Kulturschalen beobachtet. Die Embryonen setzten sich im Alter von etwa einer Woche an eine künstliche Substanz statt in die Gebärmutter und entwickelten sich weiter.
Fehlgeburten im Visier
In einem Prozess der Selbstorganisation schlügen die Embryozellen unterschiedliche Entwicklungswege ein, völlig unabhängig von mütterlichen Einflüssen, berichten die Wissenschaftler in zwei Studien, die in den Fachblättern «Nature» und «Nature Cell Biology» veröffentlicht sind.
Bisher war es nicht möglich gewesen, die Vorgänge rund um die Einnistung des Embryos ausserhalb des Mutterleibes zu untersuchen. Ihre Arbeiten könnten unter anderem dazu beitragen, die Ursachen von sehr frühen Fehlgeburten besser untersuchen zu können.
Black-Box der Entwicklung erhellt
Befruchtete Eizellen nisten sich etwa am Tag sieben ihrer Entwicklung als kugeliger Zellhaufen in der Gebärmutterschleimhaut ein. Anschliessend spezialisieren sich die Zellen. Aus einigen geht der Embryo selbst hervor, aus anderen die Plazenta, die seine Ernährung in der Schwangerschaft sicherstellt.
Um die Abläufe besser zu untersuchen, nutzten sie eine Technik, die Magdalena Zernicka-Goetz von der University of Cambridge, Leiterin der zweiten Forschergruppe, zuvor an Mäusen etabliert hatte. Dabei kultivieren die Wissenschaftler die Embryonen mit Hilfe einer optimierten Nährlösung und stellen ihnen ein Gerüst bereit, an dem sie sich anheften können.
Durch chemische Markierungen verschiedener Zelltypen in dem Embryo verfolgten die Wissenschaftler dessen Entwicklung. Sie wurden so Zeuge, wie sich der Epiblast - jene Zellen, aus denen im Verlauf der Schwangerschaft das komplette Kind entsteht - von den beiden Zell-Linien trennt, aus denen die Plazenta und der Dottersack hervorgehen.
Ohne mütterlichen Beitrag
"Erstaunlicherweise verlief die Entwicklung in unserem System in der völligen Abwesenheit mütterlichen Inputs mindestens in den ersten zwölf Tagen normal", sagte Brivanlou in einer Mitteilung der Rockefeller University. Beide Teams stellten die Versuche in Übereinstimmung mit den internationalen Vereinbarungen zur Forschung an Embryonen nach zwei Wochen ein.
Das Zellkultursystem ermögliche es zu untersuchen, warum einige Schwangerschaften so früh enden und warum die Methoden der künstlichen Befruchtungen so geringe Erfolgsraten besitzen, hoffen die Wissenschaftler. Ausserdem könne die Technik genutzt werden, um die Entwicklung von Therapien mit embryonalen Stammzellen voranzubringen.
Die Studien legten die Grundlage für ein besseres Verständnis der embryonalen Entwicklung über die Einnistung hinaus, schreibt Janet Rossant vom Hospital for Sick Children in Toronto (Kanada) in einem erläuternden Kommentar zu den Studien.
Mit ihrer grösstenteils abgeflachten und zwei-dimensionalen Gestalt seien die kultivierten Embryonen aber eindeutig keine perfekten Modelle der normalen dreidimensionalen embryonalen Entwicklung.
Ethische Fragen
Embryonen ausserhalb des Mutterleibs über zwei Wochen zu erhalten, werfe einige ethische Fragen auf, sagte Nikola Biller-Andorno vom Institut für Biomedizinische Ethik der Universität Zürich gegenüber der Nachrichtenagentur sda.
«In der Schweiz ist es allerdings erlaubt, sogenannte überzählige Embryonen bis zum Blastozystenstadium, also bis zum siebten Tag nach der Befruchtung, zum Zwecke der Stammzellgewinnung zu erhalten.»
Wie bei aller Forschung an menschlichen Embryonen müsse man den möglichen medizinischen Nutzen und die Risiken sorgfältig abwägen. In der Schweiz seien strikte Regeln zum Umgang mit menschlichen Embryos in Kraft, so dass sie kaum eine Gefahr für Missbrauch sehe, so Biller-Andorno.
Neue Regeln nötig
In einem Kommentar zu den Studien fordern die US-Wissenschaftler Insoo Hyun, Amy Wilkerson und Josephine Johnston die bisher in vielen Ländern praktizierte "14-Tage-Regel" auf den Prüfstand zu stellen. Nach dieser Regel dürfen Embryonen maximal 14 Tage ausserhalb des mütterlichen Körpers im Labor heranwachsen.
Die vorgestellten Untersuchungen befänden sich auf Kollisionskurs mit dieser Linie, schreiben die Kommentatoren in «Nature». Da nun die Kultivierung menschlicher Embryonen über den 14. Tag hinaus greifbar erscheine, müsse die Regelung neu überdacht werden, um auch in Zukunft der Forschung und eventuellen moralischen Bedenken gerecht zu werden.
Die «14-Tage-Regel» gelte für Embryonenforscher in Ländern wie Australien, Kanada und den USA, aber auch in einigen europäischen Ländern wie Dänemark, Schweden oder Grossbritannien. In einigen dieser Länder sei sie im Gesetz verankert, in anderen Teil wissenschaftlicher Richtlinien.
(sda/chb)