Dies könnte der Schlüssel zur Verbesserung der Zellen sein: Ein Forscherteam hat eine neue Methode entwickelt, um gesunde Mitochondrien in Tiere zu verpflanzen, die defekte Zellorganellen tragen. Das Team hofft, dass diese Strategie eines Tages beim Menschen angewandt werden kann, um bestimmte neurodegenerative Störungen und vererbte genetische Krankheiten zu behandeln.

Bei der Cell Technik, die kürzlich in der Zeitschrift vorgestellt wurde, werden Mitochondrien in mikroskopisch kleine Kapseln aus den Membranen roter Blutkörperchen verpackt. Die Injektion dieser Kapseln verbesserte die Symptome von Mäusen, die Merkmale der Parkinson-Krankheit und anderer Störungen aufwiesen. Die Forscher planen nun, das Verfahren am Menschen zu testen.

"Dies ist ein großer Fortschritt", sagt Ken Nakamura, ein medizinischer Forscher an den Gladstone Institutes und dem University of California Parkinson's Disease Research Institute, der nicht an der Arbeit beteiligt war. Auch wenn wir noch weit davon entfernt sind, sie bei Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen einzusetzen, warnt er, und der Mechanismus, der hinter den Vorteilen bei Tieren steht, nicht ganz klar ist, ist die Idee unglaublich spannend.

Defekte Mitochondrien sind die Ursache vieler Krankheiten, und es gibt derzeit nur begrenzte Möglichkeiten, diese Störungen zu heilen. Ein Verfahren namens Zellkerntransfer, eine In-vitro-Fertilisationstechnik, bei der ein Zellkern aus der Eizelle der Mutter in die Eizelle einer Spenderin mit gesunden Mitochondrien transplantiert wird, kann einige Erbkrankheiten bei Neugeborenen verhindern, wird aber nicht häufig angewandt und hilft denjenigen nicht, die die Krankheit bereits entwickelt haben.

Die Mitochondrientransplantation wird jedoch seit langem als vielversprechende Option für diese Kinder angesehen. Vorläufige klinische Studien an Kindern mit bestimmten Herzproblemen haben gezeigt, dass die Injektion intakter Mitochondrien in Gewebe sicher ist, und andere Studien haben gezeigt, dass sie die Lebensspanne von Mäusen mit mitochondrialer Erkrankung verlängern kann. Die derzeitige Verwendung von Mitochondrien von Patienten oder von im Labor gezüchteten Zellen ist jedoch nicht wirksam. Die Organellen werden nur selten von den Zellen aufgenommen und können bei der Injektion beschädigt werden, so dass nur wenige funktionsfähig bleiben.

Interessanterweise haben Xingguo Liu, ein Zellbiologe am Guangzhou Institute of Medical Science and Health, und Kollegen die isolierten Mitochondrien in Membranen aus roten Blutkörperchen verpackt. Die so entstandenen Kapseln, die jeweils eine einzelne Organelle enthalten, schleusen die Miniatur-Kraftpakete zuverlässig in menschliche Zellen ein, die im Labor gezüchtet wurden, wo sie sich in das mitochondriale Netzwerk der Wirtszelle einfügen und normal zu funktionieren scheinen, so die Forscher. "Es ist ein sehr eleganter Ansatz", sagt Vivian Gama, eine Zellbiologin an der Vanderbilt University, die nicht an der Forschung beteiligt war, und fügt hinzu, dass die Erfolgsquote beim Transfer in die Wirtszellen viel besser zu sein scheint als bei früheren Methoden.

Liu und Kollegen testeten auch, ob die Methode dazu beitragen könnte, mitochondriale Anomalien zu mildern. Das Einbringen der Kapseln in Zellen eines seltenen Patienten mit einer normalerweise tödlichen mitochondrialen Mutation steigerte die Energieproduktion der Zellen. Und bei Mäusen mit Mutationen, die mit dem Leigh-Syndrom in Verbindung stehen (einer anderen tödlichen genetischen Störung, die zu einer fortschreitenden Schädigung des Nervensystems führt), erhöhte die Injektion der Kapseln in das Blut die durchschnittliche Lebensdauer der Tiere im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen oder Tieren, die freie Mitochondrien erhielten.

Andere Tests wurden an Mäusen durchgeführt, denen eine giftige Chemikalie namens MPTP verabreicht wurde, die einige der Merkmale der Parkinson-Krankheit nachahmt. Diese Tiere haben keine funktionierenden Mitochondrien in den Gehirnzellen, den so genannten dopaminergen Neuronen, die bei Parkinson-Patienten ebenfalls stark geschädigt sind. Die Forscher fanden heraus, dass die Verabreichung der Kapseln an Mäuse zur Wiederherstellung dieser Neuronen beitrug. Die Tiere konnten sich nach der Behandlung mehrere Monate lang leichter bewegen als die Kontrolltiere - ein Effekt, der bei der Injektion freier Mitochondrien nicht beobachtet wurde.

Nakamura warnt jedoch davor, dass die Ergebnisse, die bei den mit MPTP behandelten Mäusen erzielt wurden, nur schwer auf Patienten mit der Parkinson-Krankheit übertragen werden können. Und um festzustellen, ob die transplantierten Zellkerne die positiven Auswirkungen der Behandlung erklären, würde er gerne mehr Informationen über die Anzahl der Mitochondrien erhalten, die von den dopaminergen Neuronen aufgenommen werden. Simon Johnson, ein Leigh-Syndrom-Forscher an der University of Northumbria, stimmt dem zu und merkt an, dass beispielsweise die injizierten Kapseln oder deren Inhalt und die Interaktionen zwischen dem Immunsystem zu der Verbesserung beigetragen haben könnten.

Es ist noch nicht klar, ob die transplantierten Mitochondrien danach gesund bleiben, insbesondere bei fortschreitenden Krankheiten wie Parkinson, sagt Alessandro Prigione, Stammzellenforscher an der Heinrich-Heine-Universität. Der Experte weist auch auf mögliche Sicherheitsbedenken hin, die sich aus einer Fehlanpassung zwischen der DNA der transplantierten Organellen und der DNA des Wirts ergeben könnten.

Eine Möglichkeit, diese Inkompatibilität zu minimieren, könnte darin bestehen, die eigenen Mitochondrien des Patienten zu verwenden, von denen einige normalerweise auch bei einer mitochondrialen Erkrankung gesund bleiben. Der Mitautor der Studie, der Zellbiologe Qi Long, und sein Team ziehen diese Möglichkeit in Betracht, obwohl ihre Tierversuche keine nachteiligen Reaktionen auf die Verwendung von Zelllinien gezeigt haben, die von zellulären Proteinen stammen. Zukünftige Versionen der Technik könnten die mitochondrialen Kapseln gezielt auf bestimmte Zellen oder Gewebe ausrichten, um die Effizienz zu erhöhen und die Kosten zu senken, sagt Long.

Die Forscher planen derzeit klinische Versuche mit dieser Methode. Die spezifische Krankheit und die Anzahl der Patienten müssen noch festgelegt werden, aber Parkinson-Patienten werden vorerst nicht darunter sein, merkt Liu an. In der Zwischenzeit hofft Long, dass die Ergebnisse andere dazu ermutigen werden, zu untersuchen, wie diese zellulären Kraftpakete zur Entwicklung wirksamer Therapien genutzt werden können.