Der Einsatz von Stammzellen steht für das, wovon die Medizin schon immer geträumt hat: geschädigtes Gewebe durch gesundes ersetzen und die Prinzipien der Krankheitsentstehung Schritt für Schritt verstehen. Am besten geht das mit embryonalen Stammzellen, allerdings gibt es dagegen ethische Bedenken. Eine ethisch unbedenkliche Alternative sind „induzierte pluripotente Stammzellen“ (iPS-Zellen). Diese entstehen durch das Zurückversetzen von Zellen, die eigentlich schon auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert sind, in den Ausgangszustand. Wissenschaftler nennen das die „Reprogrammierung differenzierter Zellen“. Zwar ist die Therapie mit iPS-Zellen noch Zukunftsmusik, doch in der biomedizinischen Forschung haben iPS-Zellen bereits einen festen Platz. Etwa um zu verstehen, wie sich Zellen differenzieren, oder um die Wirkung eines Medikamentes zu testen.

Die für die Reprogrammierung notwendigen Gene sind normalerweise während der Embryonalentwicklung aktiv. Sie lenken das Schicksal der Zellen in die eine oder andere Richtung. Bei der Herstellung der iPS-Zellen wird das bestehende Differenzierungsprogramm abgeschaltet.Obwohl nur vier Gene für die Reprogrammierung nötig sind, ist die Herstellung von iPS-Zellen nicht einfach. „Es gibt inzwischen mehrere Generationen von Reprogrammierungstechniken“, erklärt Vi Chu, die bei Merck für Simplicon^TM zuständig ist. „Diese unterscheiden sich in ihrer Sicherheit, ihrer Effizienz und in ihrer Handhabung.“ Bei der ersten Generation wurde die genetische Information für die vier Reprogrammierungsfaktoren mit Viren in die differenzierten Zellen geschafft und ins Erbgut eingebaut. Die stabil ins Genom integrierten Reprogrammierungsfaktoren stellen eine latente Gefahr dar, weil sie die ursprüngliche DNA verändern. Veränderungen in der DNA können Mutationen hervorrufen, die möglicherweise Krebs auslösen oder die Fähigkeit der Zellen, normal zu funktionieren, beeinflussen. „Es ist deshalb besser, die Gene für die vier Faktoren nicht in den iPS-Zellen zurückzulassen“, erklärt Vi Chu.

Bei der ersten Generation blieben auch die viralen Gen-Fähren in den Zellen zurück. Weil sich diese Gen-Fähren zufällig ins Genom einbauen, ist eine Insertionsmutagenese möglich, die Krankheiten hervorrufen kann. „Das Protokoll für die Reprogrammierung ist daher mehrfach abgewandelt worden“, sagt Vi Chu. Bei der zweiten Generation wurden die Faktoren nicht mehr ins Genom integriert und es wurden auch keine viralen Träger mehr verwendet. Stattdessen wurde mit Plasmiden oder Minizirkeln gearbeitet, die sich nur außerhalb des Genoms aufhalten, aber ein gewisses Restrisiko für die Integration in die DNA besitzen.

Bei der dritten Generation wird entweder von Anfang an nur mit den Proteinen gearbeitet oder es wird ein viraler Träger verwendet, der sich später wieder entfernen lässt. Allerdings ist diese Entfernung mühsam und es bleibt immer ein kleiner Fußabdruck des Virus im Genom der späteren Stammzellen zurück.

Das Simplicon^TM-Verfahren gehört zur vierten Generation. Es verwendet nur eine einzige synthetische RNA, die restlos wieder entfernt wird, sobald der Zellkern auf Start gestellt worden ist. Die Proteinfabriken der differenzierten Zellen – die Ribosomen – stellen mithilfe dieser RNA neun Eiweiße her. Vier dieser neun Eiweiße sind die Reprogrammierungsfaktoren, mit denen die bestehende Differenzierung aufgehoben wird. Vier weitere Eiweiße sorgen dafür, dass immer wieder neue Kopien dieser Reprogrammierungs-RNA gebildet werden, sodass sie nur einmal in die Zellen geschafft werden muss und sich dann immer wieder selbst vermehrt. Das neunte Eiweiß macht die Zellen resistent gegenüber dem Antibiotikum Puromycin. Nur Zellen, die die Reprogrammierungs-RNA aufgenommen haben, überleben die Konfrontation mit diesem Antibiotikum. Die Resistenz dient also dazu, Zellen mit Reprogrammierung von Zellen ohne Reprogrammierung zu unterscheiden.