Deutsche Forscher verjüngen Zellen eines 80-Jährigen um mehr als 60 Jahre

Ein 80 Jahre alter Mensch hat acht Jahrzehnte hinter sich. Seine Zellen tragen die Spuren dieser Zeit in ihrem Erbgut. Doch lässt sich diese biologische Uhr zurückdrehen? Wissenschaftlern aus Bonn ist es gelungen, Zellen eines 80-Jährigen im Labor so stark zu verjüngen, dass ihr gemessenes molekulares Alter auf unter 20 Jahre sank. Dafür verwandelten sie Vorläufer roter Blutkörperchen in Stammzellen, aus denen später Nervenzellen entstehen können. Die Ergebnisse veröffentlichte das Team der Universität Bonn im Fachjournal Aging Cell.

Besonders bemerkenswert ist, wie die Verjüngung ablief. Über mehrere Wochen verschwanden nach und nach typische Altersmerkmale aus den Zellen. Selbst bei stark gebremster Zellteilung setzte sich dieser Prozess fort. Die Wissenschaftler konnten ihn über mehr als 100 Tage verfolgen. Langfristig könnte das auch für die Erforschung von Alzheimer und anderen altersbedingten Erkrankungen von Bedeutung sein. Eine Verjüngung des menschlichen Körpers ist damit allerdings noch nicht möglich.

Zwei Proteine verändern das Entwicklungsprogramm der Blutzellen

Die Arbeitsgruppe um Professor Oliver Brüstle vom Universitätsklinikum Bonn untersuchte Blutproben von 15 Menschen. Die Spender waren zwischen null und 101 Jahre alt. Aus den Proben gewannen die Wissenschaftler Vorläufer roter Blutkörperchen. Mithilfe spezieller Viren brachten sie die Zellen dazu, zwei Proteine namens SOX2 und cMYC herzustellen.

Diese Proteine beeinflussen, welche Gene aktiv sind. Statt sich zu roten Blutkörperchen zu entwickeln, nahmen die Zellen die Eigenschaften neuraler Stammzellen an. Aus ihnen können neben Nervenzellen auch bestimmte Stützzellen des Nervensystems entstehen.

Nach zwölf Tagen entstehen neue Stammzellen

Bereits nach zwölf Tagen trugen die umprogrammierten Zellen typische Stammzellmerkmale. Ihre weitere Entwicklung dauerte jedoch länger. Auch nachdem sie als neurale Stammzellen erkennbar waren, veränderte sich die Aktivität zahlreicher Gene.

Bei den zunächst gewonnenen Stammzellen betrug das epigenetische Alter durchschnittlich nur noch 13 Prozent des Spenderalters. Nach längerer Kultivierung lag der Wert bei etablierten Zelllinien teilweise unter fünf Prozent. Der größte Teil der altersbedingten epigenetischen Veränderungen war nach ungefähr 50 Tagen zurückgesetzt.

Epigenetische Uhren erfassen das Zellalter

Zur Kontrolle untersuchten die Wissenschaftler, ob die verjüngten Stammzellen noch typische Spuren des Alterns aufwiesen. Dabei achteten sie auf vier Merkmale:

Schäden am Erbgut: Im Alter können sich Schäden an der DNA ansammeln. Bei den umprogrammierten Zellen fanden sich keine auffälligen altersbedingten Unterschiede.
Energieversorgung: Die Mitochondrien versorgen Zellen mit Energie. Ihre untersuchten Funktionen waren nicht erkennbar durch das Alter der Spender beeinträchtigt.
Zelleigene Müllabfuhr: Zellen bauen beschädigte Bestandteile normalerweise selbst ab. Dieser Reinigungsprozess funktionierte auch bei den verjüngten Stammzellen.
Aufbau des Zellkerns: Mit zunehmendem Alter verändert sich die Struktur des Zellkerns. Die untersuchten Stammzellen zeigten keine typischen altersbedingten Auffälligkeiten.

Das galt selbst für Stammzellen, die aus Blutproben von 87- und 101-jährigen Menschen entstanden waren. Sie wiesen bei diesen Untersuchungen kaum noch typische Merkmale alter Zellen auf.

Neues Verfahren umgeht eine Zwischenstufe

Bei herkömmlichen Verfahren entstehen häufig zunächst pluripotente Stammzellen. Diese können sich zu nahezu allen Zelltypen entwickeln. Ihre epigenetischen Altersmerkmale lassen sich innerhalb von ungefähr 20 Tagen zurücksetzen.

Die Bonner Wissenschaftler übersprangen diese Zwischenstufe. Ihre Blutvorläuferzellen entwickelten sich unmittelbar zu neuralen Stammzellen. Dadurch ließ sich die schrittweise Veränderung der Altersmerkmale über einen längeren Zeitraum untersuchen.

Zellverjüngung funktioniert auch ohne schnelle Zellteilung

Bei weiteren Experimenten bremsten die Wissenschaftler mit Glycerol und Thymidin die Vermehrung der Stammzellen. Obwohl sich die Zellen wesentlich seltener teilten, sank ihr gemessenes epigenetisches Alter ähnlich stark wie bei unbehandelten Kulturen.

Auch die gezielte Entwicklung zu Nervenzellen stoppte den Vorgang nicht. Die entstandenen Nervenzellen teilten sich nicht mehr, verloren aber weiterhin epigenetische Altersmerkmale. Eine fortgesetzte Zellteilung ist für diesen Effekt offenbar nicht erforderlich.

Auch die Genaktivität veränderte sich erheblich. Vor der Umprogrammierung unterschieden sich junge und alte Spendergruppen bei 1.871 Genen. Nach 14 Tagen waren es nur noch 20, in einem späteren Stadium lediglich zwölf. Allerdings war die jüngste Vergleichsgruppe mit drei Neugeborenen klein. Zudem könnte der Wechsel des Zelltyps einen Teil der Unterschiede überlagern.

Zelltyp könnte die Altersmessung beeinflussen

Epigenetische Uhren erfassen nicht sämtliche Vorgänge des biologischen Alterns. Zudem kann Nervengewebe bei solchen Messungen niedrigere Alterswerte aufweisen als Blut. Ein Teil der beobachteten Verjüngung könnte deshalb mit der Umwandlung des Zelltyps zusammenhängen.

Auch wechselnde Sauerstoffkonzentrationen während der Kultivierung könnten die Ergebnisse beeinflusst haben. Wie stark diese Faktoren wirken, ist bislang ungeklärt.

Alzheimer-Forschung könnte langfristig profitieren

Das Alter ist der wichtigste Risikofaktor für Alzheimer. Künstlich erzeugte Nervenzellen könnten künftig helfen, molekulare Veränderungen bei altersbedingten Erkrankungen besser zu untersuchen.

Mit dem Bonner Verfahren lassen sich außerdem Wirkstoffe darauf testen, ob sie die Rücksetzung epigenetischer Altersmerkmale beschleunigen oder bremsen. Eine Behandlung gegen Alzheimer oder andere Alterskrankheiten ist daraus bislang nicht entstanden.

Kurz zusammengefasst:

Zellen lassen sich im Labor verjüngen: Bonner Wissenschaftler wandelten Blutzellen eines 80-Jährigen in Stammzellen um und senkten deren gemessenes epigenetisches Alter auf unter 20 Jahre.
Die Verjüngung dauert mehrere Wochen: Der größte Teil der Altersmerkmale verschwand innerhalb von etwa 50 Tagen, selbst wenn sich die Zellen kaum noch teilten.
Neue Möglichkeiten für die Alzheimer-Forschung: Das Verfahren könnte helfen, Zellalterung besser zu verstehen und Wirkstoffe zu untersuchen, ist aber noch keine Behandlung gegen Alterskrankheiten.

Übrigens: Während Bonner Forscher Zellen im Labor verjüngen, beschleunigen Rauchen, Übergewicht und chronische Infektionen offenbar die Alterung unseres Immunsystems. Welche fünf Faktoren dabei eine Rolle spielen, mehr dazu in unserem Artikel.