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weissman

Dr. Irving L. Weissman

für seine Pionierarbeit in der Stammzellforschung

Die Aktivitäten von Irving Weissman beziehen sich alle in irgendeiner Weise auf die Stammzellen, und zwar die im Knochenmark beheimateten Stammzellen, von denen man lange annahm, dass sie nur dem Nachschub von Blutzellen dienten. Sie wurden daher als Hämatopoietische (d. h. blutbildende) Stammzellen (HSC) bezeichnet. Hier ist vielleicht ein kurzer Exkurs zum Thema Stammzellen angebracht, das ja in schöner Regelmässigkeit auch unsere Gazetten beschäftigt.

Wenn eine Eizelle durch eine Samenzelle befruchtet wird, so entsteht eine sogenannte Zygote. Diese zunächst aus zwei Zellen bestehende Zygote teilt sich und wandelt sich zu einer mehrzelligen Kugel – ähnlich der Frucht eines Maulbeerbaums – um, die als Morula bezeichnet wird. In dieser Morula bildet sich dann eine Höhle (Blastocyste) und aus diesem Gebilde entwickelt sich in vielen Schritten, die beim Menschen bekanntlich neun Monate in Anspruch nehmen, bei der Maus nur 21 Tage, der gesamte Organismus. Diese embryonalen Stammzellen sind also omnipotent, d.h. aus jeder embryonalen Stammzelle kann noch jede Körperzelle entstehen, etwa eine Muskelzelle, eine Nervenzelle oder eine Leberzelle. Stammzellen können aber interessanterweise zwei Arten von Nachkommen bilden. Einerseits, entstehen aus ihnen die gerade erwähnten differenzierten Zellen, andererseits generieren sie weitere Stammzellen, die sich selbst weiter vermehren. Man spricht hier vom Selbsterneuerungspotential, ein Konzept, das wesentlich auf den Arbeiten von Irving Weissman basiert. Wie eine Zelle zwei Tochterzellen mit so verschiedenen Eigenschaften produzieren kann und kann und wie Störungen dieser Asymmetrie z.B. zur Entstehung von Tumoren beiragen, ist noch nicht bekannt und wird in vielen Labors weltweit untersucht.

Im Laufe der Entwicklung des Körpers werden die aus embryonalen Stammzellen hervorgegangen Zellen immer spezialisierter und die meisten verlieren die Fähigkeit, dass aus ihnen durch Wachstum und Teilung andere Zellen entstehen können als solche, die sie bereits selbst sind. Unter normalen Lebensbedingungen kann aus einer Leberzelle also wieder nur eine Leberzelle entstehen, aber keine Muskelzelle. Dabei ist die Leber noch ein Sonderfall, denn Nervenzellen im Gehirn und auch Herzmuskelzellen sind meist nicht mehr einmal dazu fähig. In den einzelnen Organen eines Erwachsenen findet man aber immer noch eine kleine Reserve von Stammzellen, die die Fähigkeit haben, Zellen dieses Organs oder Gewebes nach Schädigung zu ersetzen. Das sind unipotente oder oligopotente adulte Stammzellen.

In menschlichen und tierischen Organismen gibt es aber „heilige Bezirke”, in denen sich Stammzellen angesiedelt haben, aus denen zwar nicht mehr alle Körperzellen entstehen können, aber doch noch verschiedene Arten. Der wichtigste, aber nicht der einzige Ort, an dem sich solche zwar nicht omnipotente, aber immerhin pluripotente adulte Stammzellen ansammeln, ist das Knochenmark. Aus den Knochenmarkstammzellen, den erwähnten HSC können noch alle Arten von Blutzellen, also die roten und weißen Blutkörperchen entstehen. Letztere umfassen die unspezifischen Fresszellen, die den ersten Abwehrwall des Körpers gegen fremde Eindringlinge darstellen, Zellen des spezifischen Immunsystems wie die sogenannten Lymphozyten und Zellen, die für die Blutgerinnung mitverantwortlich sind. Es hat sich in den letzten Jahren allerdings gezeigt, dass aus diesen HSC auch andere Zellen entstehen können, wie z.B. die sogenannten Endothelzellen, die die Blutgefässe tapetenartig auskleiden, Bindegewebszellen etc.

Man kann embryonale Stammzellen auch künstlich erzeugen, indem man bei einer Eizelle den Kern durch jenen einer Eizelle eines Erwachsenen ersetzt. Aus dieser Eizelle werden sich dann in der beschriebenen Weise Stammzellen entwickeln, die die genetischen Eigenschaften des Spenders des neuen Zellkerns haben. Alle Zellen, die sich aus derartigen künstlich erzeugten Stammzellen entwickeln werden vom Kernspenderorganismus als körpereigen angenommen und durch dessen Immunsystem nicht abgestossen. Hier würde sich also ein enormes therapeutisches Potential eröffnen, z.B. für Patienten mit Alzheimer- oder Parkinson Erkrankung. Leider verweigern der amerikanische Kongress, aber auch das österreichische Parlament Unterstützung der Forschung an derartigen embryonalen Stammzellen aus nicht nachvollziehbaren ethischen Bedenken, insbesondere wenn man bedenkt, dass andererseits in Österreich die Abtreibung gesetzlich erlaubt ist.

Was waren nun die herausragendsten Leistungen von Irving Weissman auf diesem Gebiet?

Irving Weissman war der erste Forscher, der HSC, deren Existenz früher schon Till und McCulloch postuliert hatten, mit aufwendigen Methoden isolieren, propagieren und anhand von von ihm entdecken Zelloberflächenmerkmalen optisch darstellen konnte. Er zeigte, dass sich aus dem pluripotenten hämatopoietischen Stammzellpool im Knochenmark so genannte Vorläuferzellen (precursor cells) entwickeln, aus denen dann die jeweiligen, oben erwähnten Arten von weißen Blutkörperchen entstehen. Dieser letztere Zelltyp hat – im Gegensatz zu HSC – die Fähigkeit zur oben erwähnten Selbstreplikation verloren. Damit war ein weiteres Tor zum Verständnis geöffnet, wie Knochenmarkstransplantationen zum Ersatz von Blutzellen, z.B. nach Strahlenschäden, funktionieren.

Diesen in den 1970er und 1980er Jahren durchgeführten bahnbrechenden Experimenten in der Maus folgte in den 1990ern die Umsetzung in das Humansystem. Dabei konnte er erstmals auch beim Menschen zeigen, dass HSC nicht nur im Knochenmark, sondern auch im peripheren Blut vorkommen.

Als nächstem Coup gelang es Irving Weissman, beim Menschen erstmals Stammzellen im Gehirn nachzuweisen. Die weitreichende potentielle Bedeutung dieser Entdeckung für die Behandlung von Krankheiten und Verletzungen des zentralen Nervensystems, also von Gehirn und Rückenmark, liegt auf der Hand und erste klinische Studien in diese Richtung sind bereits im Gang.

In weiterer Folge beschäftigte sich Weissman mit der Frage, ob verschiedene Berichte in der Literatur der Wahrheit entsprechen, denen zufolge sich nämlich die HSC – ähnlich wie embryonale Stammzellen - durch sogenannte Transdifferenzierung in alle möglichen Zelltypen, von der Muskelzelle bis zur Nierenzelle, entwickeln können. Er konnte diese Resultate in seinem Labor nicht bestätigen und dieses wichtige Problem harrt demnach noch immer einer endgültigen Erklärung.

Er war ein logischer weiterer Schritt, dass die Gruppe von Weissman in den letzten Jahren der Frage nachging, wie und in welchem Stadium der Reifung von HSC verschiedene Arten von Leukämien entstehen. Dabei ist es ihm gelungen, nicht nur die genetischen, zur Leukämie führenden Veränderungen (Mutationen) von HSC zu demonstrieren, sondern auch die molekularen Signalübertragungswege zu entschlüsseln, die derart veränderte Stammzellen auf den Weg in die Umwandlung zu Leukämiezellen treiben.

Zusammenfassend haben Weissman und seine Mitarbeiter also instrumentell zum Entstehen jener medizinischen Disziplin beigetragen, die man heute als regenerative Medizin bezeichnet. Dies ist ihm gelungen, weil er seine zellbiologischen Ergebnisse aus der Grundlagenforschung erfolgreich in die Praxis umsetzten konnte, ein Prozess, der heute als Translational Research bezeichnet wird.

1939 Geboren in Great Falls, Montana
  Studium der Zoologie, Dartmouth College, Hannover NH
  Montana State University, BS
1965 Promotion in Medizin, Stanford University
  Postgraduierten-Studium in Oxford, GB
  Assistent; Ao Professor der Pathologie, Stanford University
  Professor der Pathologie und Entwicklungs-Biologie; Titularprossor für Biologische Wissenschaften und Neurochirurgie, Stanford University
  V. and DK Ludwig Professor for Clinical Investigation and Cancer Research, Stanford University
  Direktor des Stanford Instituts für Stammzell-Biologie und Regenerative Medizin
  Direktor des Comprehensive Cancer Center, Stanford University
 
Zahlreiche Gastvorlesungen, Auszeichnungen, Preise und Ehrenmitgliedschaften in Wissenschaftlichen Gesellschaften, darunter:
 
1989 Mitglied der National Academy of Sciences
1989 The Harvey Lecture
1990 Mitglied der American Academy of Arts and Sciences
2002 Californian Scientist of the Year
2005 Linus Pauling Medal for Outstanding Contributions to Science
2006 Ehrendoktorat der Columbia University, New York
   
  Vorsitzender des Panel on Scientific and Medical Aspects of Human Cloning der National Academy of Sciences, 2001/2

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