Zellverjüngung: Bonner Forschung senkt biologisches Alter auf unter 5 Prozent

In der Altersforschung gewinnen Verfahren zur gezielten Verjüngung menschlicher Zellen zunehmend an Bedeutung. Ein Forschungsteam der Universität Bonn, des Universitätsklinikums Bonn und der RWTH Aachen um Lea Jessica Berg, Oliver Brüstle und Wolfgang Wagner konnte zeigen, wie sich menschliche Blutzellen auf direktem Weg in funktionale neurale Stammzellen umwandeln und dabei biologisch drastisch verjüngen lassen.

Die in der Fachzeitschrift Aging Cell veröffentlichten Ergebnisse liefern neue Einblicke in die Mechanismen der zellulären Alterung und bieten ein neuartiges Modell für die Untersuchung neurodegenerativer Prozesse.

Signifikante Reduktion des epigenetischen Alters

Für die Untersuchungen nutzten die Forscher Blutproben von 15 Spendern, deren Alter von Neugeborenen bis hin zu 101 Jahren reichte; im Labor von Oliver Brüstle wurden zudem Spender bis zu einem Alter von 104 Jahren einbezogen.

Mittels viraler Transkriptionsfaktoren konvertierten die Wissenschaftler erythroide Vorläuferzellen direkt in induzierte neurale Stammzellen. Dabei kamen lediglich zwei Steuergene zum Einsatz: SOX2 und c-myc, die zu den bekannten Yamanaka-Faktoren zählen.

Bereits ab dem zwölften Tag der Umwandlung bildeten die Zellen neuronale statt Blut-Proteine. Über einen Zeitraum von 50 bis 100 Tagen sank das epigenetische Alter der Stammzellen signifikant.

Im Durchschnitt reduzierte sich das biologische Alter zunächst auf etwa 13 Prozent des Spenderalters und fiel nach weiterer Kultivierung auf unter 5 Prozent. Das bedeutet beispielsweise, dass Zellen eines 100-jährigen Spenders biologisch jenen eines Fünfjährigen glichen, während Zellen eines 80-Jährigen auf das Niveau eines Menschen unter 20 Jahren absanken.

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Der gesamte Verjüngungsprozess dauerte rund 50 Tage, während eine klassische Rückprogrammierung üblicherweise etwa drei Wochen beansprucht. Bei drei Zelllinien von Spendern zwischen 50 und 101 Jahren waren die meisten altersbezogenen epigenetischen Merkmale um den 50. Tag zurückgesetzt.

Molekulare Veränderungen und zelluläre Erholung

Die direkte Umprogrammierung spiegelte sich auch in der Genexpression wider: Vor dem Prozess unterschieden sich junge und alte Blutzellen in der Aktivität von fast 1.900 Genen. Nach der Umwandlung sank diese Differenz auf rund 12 Gene.

Zudem beobachteten die Wissenschaftler der Universität Bonn und des Universitätsklinikums Bonn eine Abnahme von DNA-Schäden, eine verringerte mitochondriale Toxizität sowie verbesserte zelluläre Recycling-Funktionen.

Bemerkenswert ist, dass die Verjüngungseffekte auch bei künstlich gehemmter Zellteilung auftraten und sich in Nervenzellen fortsetzten, die sich nicht mehr teilen. In einer früheren Untersuchung des Teams hatten sich derartige Zellen nach einer Transplantation erfolgreich in Mäusegehirne integriert.

Für Brüstle, Direktor des Instituts für Rekonstruktive Neurobiologie am Universitätsklinikum Bonn, stellt das System daher ein ideales experimentelles Modell dar, da das kalendarische Alter als bedeutendster Risikofaktor für neurodegenerative Leiden wie Alzheimer gilt.

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Methodische Grenzen und Ausblick

Trotz der deutlichen Verjüngungseffekte verweisen die beteiligten Forscher auf klare Limitationen. Erbgutschäden, die sich über Jahrzehnte im Zellkern angesammelt haben, bleiben bestehen und werden durch den Prozess nicht vollständig repariert; es verbleibt somit ein biologisches Restalter.

Zudem nennen die Autoren mögliche mathematische Verzerrungen bei den Messmodellen sowie das methodische Problem, dass natürlich gealterte neurale Stammzellen als direkte Vergleichsgruppe im Labor fehlen. Laut Brüstle wird der weltweite Markt für molekulare Uhren zur Altersbestimmung auf ein Volumen von drei Milliarden US-dollar geschätzt.

Die Wissenschaftler betonen ausdrücklich, dass es sich um reine Grundlagenforschung im Labor handelt und daraus keineswegs ein Anti-Aging-Mittel oder eine Therapie für Patienten entstanden ist.

Da der eingesetzte Steuerfaktor c-myc als potenziell krebserregend eingestuft wird, ist ein klinischer Einsatz der Methode nicht absehbar. Als realistischere Perspektive für spätere therapeutische Ansätze sieht Brüstle vielmehr die Entwicklung zielgerichteter epigenetischer Modulatoren innerhalb der kommenden Jahre.