Deutsche Forschungsgemeinschaft Stammzellforschung in Deutschland -MÎglichkeiten und Perspektiven Stem Cell Research in Germany -Possibilities and Perspectives Stellungnahme der DFG Oktober 2006 Memorandum by the DFG October 2006 Standpunkte/Positions
Deutsche Forschungsgemeinschaft Stammzellforschung in Deutschland Stem Cell Research in Germany Standpunkte/Positions
Deutsche Forschungsgemeinschaft Stammzellforschung in Deutschland -MÎglichkeiten und Perspektiven Stem Cell Research in Germany -Possibilities and Perspectives Stellungnahme der DFG Oktober 2006 Memorandum by the DFG October 2006 Standpunkte/Positions
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ISBN 978-3-527-31908-4
© 2007 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Gedruckt auf säurefreiem Papier. Alle Rechte, insbesondere die der Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form – durch Photokopie, Mikroverfilmung oder irgendein anderes Verfahren – reproduziert oder in eine von Maschinen, insbesondere von Datenverarbeitungsmaschinen, verwendbare Sprache übertragen oder übersetzt werden. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie nicht eigens als solche markiert sind. All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form – by photoprinting, microfilm, or any other means – nor transmitted or translated into a machine language without written permission from the publishers. Registered names, trademarks, etc. used in this book, even when not specifically marked as such, are not to be considered unprotected by law. Umschlaggestaltung und Typographie: Dieter Hüsken Satz: ProSatz Rolf Unger, Weinheim Druck: betz-druck GmbH, Darmstadt Bindung: Litges & Dopf GmbH, Heppenheim Printed in the Federal Republic of Germany
Inhalt
Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
XI
Zusammenfassung und Empfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Präambel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.1.1 1.2.1.2 1.2.1.3 1.2.2 1.2.3
Wissenschaftlicher Hintergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Eigenschaften gewebespezifischer (adulter) Stammzellen . Gewinnung und Eigenschaften pluripotenter Stammzellen Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) . . . . . . . . . . . . . . . . . Gewinnung embryonaler Stammzellen . . . . . . . . . . . . . . . . Eigenschaften embryonaler Stammzellen . . . . . . . . . . . . . . Forschung an und mit embryonalen Stammzellen . . . . . . . Embryonale Stammzellen nach Kerntransfer . . . . . . . . . . . Embryonale Keimzellen (EG-Zellen) . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 13 16 16 16 16 17 17 19
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Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit der zweiten DFG-Stellungnahme von 2001 . . . . . . . . . . . . . . Adulte gewebespezifische Stammzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entwicklungspotenzial von Stamm- und Vorläuferzellen . . . . . . . . Eingeschränkte Plastizität von adulten Stammzellen . . . . . . . . . . . Genetische und epigenetische Veränderungen bei adulten Stammzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tumorbildung durch adulte Stammzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Humane embryonale Stammzellen (HES-Zellen) . . . . . . . . . . . . . . Kontamination durch tierische Produkte und Viren . . . . . . . . . . . . Einschränkungen bei importierten HES-Linien . . . . . . . . . . . . . . . Heterogenität von HES-Linien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genetische und epigenetische Veränderungen bei HES-Linien . . Tumorbildung durch HES-Linien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HES-Linien für die Therapie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . HES-Linien als Krankheitsmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7
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21 21 22 23 25 27 27 28 30 31 32 32 33 34 V
Inhalt 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.5 3.6 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 5 5.1 5.2 5.3
VI
Somatischer Kerntransfer (NT) und Reprogrammierung . . . . . Neue Möglichkeiten der Stammzellgewinnung . . . . . . . . . . . . Reprogrammierung von Körperzellen ohne Verwendung menschlicher Eizellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gewinnung von depotenzierten Kerntransfer-ES-Zellen (ANT-Stammzellen) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gewinnung von HES-Linien aus „Stammzell-Kugelhaufen“ . . Gewinnung von HES-Zellen aus entwicklungsunfähigen IVF-Embryonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parthenogenetische embryonale Stammzellen . . . . . . . . . . . . . Gewinnung von Stammzellen aus Testis . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Aktualisierung der ethischen Überlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . Vorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Zum Begriff des Embryos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Schutzansprüche für Embryonen aus unterschiedlichen Quellen . Embryonen aus geschlechtlicher Zeugung in vivo und in vitro . . . Ungeschlechtlich erzeugte Embryonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nicht entwicklungsfähige Embryonen unterschiedlicher Herkunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Probleme der Eizellspende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bewertung der neueren HES-Zellforschung und ihrer künftigen Einsatzmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Vermeidung deutscher Beteiligung beim Embryonenverbrauch . .
43 43 44 45 45 46
Erfahrungen mit den rechtlichen Rahmenbedingungen . . . . . . . Die rechtliche Situation in den EU-Mitgliedstaaten . . . . . . . . . . . . Abkoppelung der deutschen Wissenschaftler durch Beschränkung des Imports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Fehlende kommerzielle Perspektiven der Stammzellforschung in Deutschland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ausgrenzung deutscher Wissenschaftler aus internationalen Kooperationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Beratende Mitarbeit in internationalen Expertengremien . . . . . . . Internationale Zusammenarbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Internationaler Wissenschaftleraustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Lösungsmöglichkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Aufhebung des Stichtags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ermöglichung der diagnostischen, präventiven und therapeutischen Verwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Entkriminalisierung derjenigen Forscher, die mit bereits gewonnenen Stammzellen arbeiten . . . . . . . . . . . . . . . .
47 48 49 50 51 51 52 53 55 56 56 57
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Inhalt Abkürzungen . . . . . . . . . . . . Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . Literatur und Nachweise . . . Mitglieder der Arbeitsgruppe
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Addenda Gesetz zur Sicherstellung des Embryonenschutzes im Zusammenhang mit Einfuhr und Verwendung menschlicher embryobaler Stammzellen (Stammzellgesetz – StZG) vom 28. Juni 2002, BGBl. I S. 2277 . . . . . . . . . . Gesetz zum Schutz von Embryonen (Embryonenschutzgesetz – EschG) in der Fassung der Bekanntmachung vom 13. Dezember 1990 – BGBl. I S. 2747 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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89
VII
Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Summary and Recommendations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Preamble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
105
1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.1.1 1.2.1.2 1.2.1.3 1.2.2 1.2.3
Scientific Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Properties of Tissue-specific (Adult) Stem Cells . . . . . . . . . Derivation of Pluripotent Stem Cells and their Properties . Embryonic Stem Cells (ESCs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Derivation of Embryonic Stem Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . Properties of Embryonic Stem Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . Research on and with Embryonic Stem Cells . . . . . . . . . . . Embryonic Stem Cells after Nuclear Transfer . . . . . . . . . . . Embryonic Germ Cells (EGCs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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107 107 109 109 109 110 110 111 112
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Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001 . . . . . . . . . . . Adult Tissue-specific Stem Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Developmental Potential of Stem and Precursor Cells . . Limited Plasticity of Adult Stem Cells . . . . . . . . . . . . . . . Genetic and Epigenetic Alterations in Adult Stem Cells Tumour Formation by Adult Stem Cells . . . . . . . . . . . . . Human Embryonic Stem Cells (hESCs) . . . . . . . . . . . . . . Contamination by Animal Products and Viruses . . . . . . . Restrictions on Imported hESC Lines . . . . . . . . . . . . . . . Heterogeneity of hESC Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Genetic and Epigenetic Alterations in hESC Lines . . . . . Tumour Formation by hESC Lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . hESC Lines in Therapy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . hESC Lines as Disease Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Somatic Nuclear Transfer (NT) and Reprogramming . . .
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2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 2.3 VIII
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Contents 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.4.5 2.4.6 3 3.1 3.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4 3.5 3.6 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.4 5 5.1 5.2 5.3
New Possibilities of Stem Cell Derivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Reprogramming Somatic Cells without Using Human Oocytes . . . Derivation of Depotentiated Nuclear Transfer ESCs (ANT Stem Cells) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Derivation of hESC Lines from „Stem Cell Balls“ . . . . . . . . . . . . . . Derivation of hESCs from IVF Embryos that are Incapable of Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Parthenogenetic Embryonic Stem Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Derivation of Stem Cells from the Testes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Updating the Ethical Considerations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Preliminary Notes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . The Embryo Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protective Rights of Embryos from Different Sources . . . . . . . . . . . Embryos from Sexual Reproduction In Vivo and In Vitro . . . . . . . . Asexually Produced Embryos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Non-viable Embryos of Different Origins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Problems of Oocyte Donation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Assessment of the More Recent hESC Research and its Possible Future Uses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Avoiding German Participation in Embryo Destruction . . . . . . . . .
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Experiences with the Legal Framework . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . The Legal Situation in EU Member States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Disconnection of German Scientists by Limiting Importation . . . . . Absent Commercial Perspectives of Stem Cell Research in Germany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Exclusion of German Scientists from International Collaborations . Advisory Participation in International Panels . . . . . . . . . . . . . . . . International Cooperation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . International Exchange of Scientists . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Possible Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Repeal of the Qualifying Date . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Facilitation of Diagnostic, Preventative and Therapeutic Use . Decriminalisation of Those Researchers who are Working with Already Derived Stem Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . Glossary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . Members of the Ad Hoc Committee
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IX
Contents Addenda Act ensuring protection of embryos in connection with the importation and utilization of human embryonic stem cells – Stem Cell Act – (Stammzellgesetz – StZG) of 28 June 2002 (unofficial translation) . . . . . . . . . . . . . . . . Act for the Protection of Embryos – Embryo Protection Act – (Embryonenschutzgesetz – EschG) of 13 December 1990 (unofficial translation) . . . . . .
X
173 178
Vorwort
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) legt die dritte Stellungnahme zur Forschung an humanen embryonalen Stammzellen vor. Nach den Stellungnahmen von 1999 und 2001 fasst das neue Papier die in der Zwischenzeit gemachten wissenschaftlichen Fortschritte und neuen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Stammzellforschung zusammen. Es liefert einen Überblick über die umfangreichen aktuellen Daten zur Verwendbarkeit adulter und/oder embryonaler Stammzellen sowie die Beteiligung deutscher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an diesen Entwicklungen und leitet daraus Vorschläge für die zukünftigen Rahmenbedingungen der Stammzellforschung ab. Auf Basis der wissenschaftlichen Entwicklungen sowie der ethischen und rechtlichen Einschätzungen regt die DFG eine Neueinschätzung und Korrektur der derzeitigen gesetzlichen Regulierungen der Stammzellforschung an. Deutschland hat das Potenzial, auf den von Stammzellforschung geprägten Forschungsfeldern wie der Entwicklungsbiologie oder der regenerativen Medizin in Zukunft eine wichtige Rolle einzunehmen. Doch um diese Chance wahren zu können, müssen wir jetzt gewährleisten, dass die kommende Generation deutscher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sich auch der genannten Wissenschaftsfelder annehmen. Die Abschaffung der Stichtagsregelung, die Erlaubnis der Einfuhr von embryonalen Stammzelllinien auch für diagnostische, präventive und therapeutische Zwecke sowie die Aufhebung der Strafandrohung für deutsche Wissenschaftler sind hierfür wichtige Voraussetzungen. Mit der Stellungnahme kommt die DFG ihrer satzungsgemäßen Verpflichtung nach, als Stimme der Wissenschaft im politischen und gesellschaftlichen Diskurs politische Entscheidungsprozesse mit wissenschaftlichem Sachverstand zu beraten und zu begleiten. Sie stellt das Ergebnis intensiver Vorbereitung durch die Arbeitsgruppe „Stammzellen“ der Senatskommission für Grundsatzfragen der Genforschung unter der Leitung von Professor Dr. Jörg Hinrich Hacker dar. Präsidium und Senat der DFG haben die Empfehlungen beraten und verabschiedet. Den Mitgliedern der Arbeitsgruppe und allen Beteiligten möchte ich an dieser Stelle für ihr engagiertes Mitwirken herzlich danken. Wir hoffen, der breiten Öffentlichkeit und den politisch Verantwortlichen mit dieser ausführlichen Darstellung des Status quo und den vorgeschlagenen XI
Vorwort Empfehlungen sowohl Grundlage als auch Anstoß zu einer erneuten Diskussion zu geben. Bonn, im Dezember 2006
Professor Dr. Ernst-Ludwig Winnacker Präsident der Deutschen Forschungsgemeinschaft
XII
Zusammenfassung und Empfehlungen
Zusammenfassung
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) stellt fest, dass die Stammzellforschung seit der Stellungnahme vom Jahr 2001 wichtige neue Erkenntnisse hervorgebracht hat. Dies gilt für das Gebiet der gewebespezifischen adulten Stammzellen, vor allem aber auch für Arbeiten mit humanen embryonalen Stammzellen. Die Wissenschaft in Deutschland kann momentan insbesondere zu dem letztgenannten Gebiet nur begrenzt Beiträge leisten. Um diese Situation zu verbessern, plädiert die DFG für eine anhaltend intensive Förderung der Forschung sowohl mit adulten als auch mit embryonalen Stammzellen. Um die Rahmenbedingungen für die Stammzellforschung zu verbessern, empfiehlt die DFG für die nahe Zukunft, das Stammzellgesetz wie folgt zu ändern: – Der deutschen Forschung sollten auch neuere, im Ausland hergestellte und verwendete Stammzelllinien zugänglich gemacht werden, sofern diese aus „überzähligen“ Embryonen entstanden sind. Deshalb sollte die Stichtagsregelung abgeschafft werden. – Die Einfuhr von Zelllinien sollte auch dann erlaubt werden, wenn diese für diagnostische, präventive und therapeutische Zwecke verwendet werden sollen. – Die Strafandrohung für deutsche Wissenschaftler sollte aufgehoben und der Geltungsbereich des Stammzellgesetzes sollte eindeutig auf das Inland bezogen werden.
1
Zusammenfassung und Empfehlungen
Empfehlungen
Im Mai des Jahres 2001 veröffentlichte die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) eine Stellungnahme zur Stammzellforschung, die damals eine rege öffentliche Diskussion auslöste, an deren Ende letztlich die Verabschiedung des „Stammzellgesetzes“ (StZG) durch den Deutschen Bundestag im Juni 2002 stand. Nach nunmehr über fünfjähriger weltweiter intensiver Forschung auf dem Gebiet der menschlichen Stammzellen und nach ersten Erfahrungen mit den gesetzlichen Regelungen in Deutschland ist es nach Meinung der DFG an der Zeit, unter Einbeziehung ethischer und rechtlicher Bewertungen wiederum Bilanz zu ziehen. Nach Auffassung der DFG ist es notwendig, den Problemen der frühen Phasen der Menschwerdung, dem Status des Embryos sowie der Nutzung von Zellen und Zellprodukten für die Grundlagenforschung und die Therapie große Aufmerksamkeit zu schenken. Hierbei bedarf es eines intensiven öffentlichen Diskurses unter Beteiligung von Ethikern, Theologen, Naturwissenschaftlern, Medizinern, Juristen und Vertretern aus den Bereichen der Politik sowie der Medien. Die hier vorgelegten Empfehlungen zur Stammzellforschung in Deutschland stellen einen Beitrag zu dieser Diskussion dar. Auf der Basis ihrer früheren Bewertungen und unter Berücksichtigung aktueller wissenschaftlicher, wissenschaftspolitischer und rechtspolitischer Entwicklungen legt die DFG deshalb eine erneute Bestandsaufnahme und daraus resultierende Empfehlungen vor. 1. Grundlagen- und therapieorientierte Stammzellforschung Die Stammzellforschung ist ein international aufstrebendes, hoch kompetitives Forschungsfeld, sie gilt als Schlüsseltechnologie der regenerativen Medizin und der Biotechnologie. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Stammzellen, insbesondere ihrer Regenerations- und Entwicklungsfähigkeit, stellen diese ein hervorragendes Forschungsobjekt der Zellbiologie dar, etwa um zelluläre Differenzierungsprozesse zu untersuchen. Gemeinsam mit den gewebespezifischen Stammzellen (adulten Stammzellen) sind dabei in den letzten Jahren die humanen embryonalen Stammzellen (HES-Zellen) in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Neben ihrer offenkundigen Bedeutung für die Grundlagenforschung besteht die berechtigte Hoffnung, dass Stammzellen in zunehmendem Maße als Basis für die Therapie heute noch nicht behandelbarer Krankheiten dienen werden. Neue Therapien mit adulten Stammzellen des Knochenmarks werden in klinischen Studien bereits überprüft. Auch an der Entwicklung von Therapieverfahren mit humanen embryonalen Stammzellen wird international mit Hochdruck gearbeitet. Dabei sind schon jetzt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, basierend auf HES-Zellen und -Zellprodukten für den Einsatz in der Zelltherapie, Biotechnologie und Pharmakologie in der Entwicklung. In Deutschland 2
Zusammenfassung und Empfehlungen werden momentan mit Priorität Arbeiten zu adulten Stammzellen gefördert. Die Fördervolumina für die humane embryonale Stammzellforschung sind hingegen gering, dies betrifft auch die von der DFG in allen ihren Verfahren geförderten Projekte. Im Gegensatz zu Studien mit adulten Stammzellen liegen der DFG nur relativ wenige Projektanträge zu Arbeiten mit humanen embryonalen Stammzellen vor. 2. Adulte versus embryonale Stammzellen Seit der letzten Stellungnahme der DFG wurden zahlreiche neue Erkenntnisse sowohl zu adulten als auch zu embryonalen Stammzellen gewonnen. Dabei wurden adulte gewebespezifische Stammzellen bei bestimmten Fragestellungen der Grundlagenforschung und in therapieorientierten Projekten erfolgreich eingesetzt. Es wurde allerdings auch deutlich, dass adulte Stammzellen, im Gegensatz zu HES-Zellen, nur ein eingeschränktes Potenzial zur Vermehrung und Ausdifferenzierung in unterschiedliche Gewebetypen besitzen. Darüber hinaus bleibt unklar, ob die Probleme zur Gewinnung von bestimmten Typen adulter Stammzellen gelöst werden können. Weiterhin besteht bei adulten Stammzellen, nicht anders als bei HES-Zellen, das Problem der Induktion von genetischen und epigenetischen Veränderungen. Hoffnungen auf funktionelle Gleichwertigkeit beider Zelltypen haben sich entgegen den Erwartungen von 2001 bisher nicht erfüllt. 3. Behinderung durch die bestehende Stichtagsregelung Die wissenschaftlichen Entwicklungen zu Stammzellen, vor allem zu HES-Zellen, vollziehen sich im Wesentlichen im Ausland, wo diese Forschung öffentlich und privat massiv gefördert wird. Dies gilt unter anderem für den südostasiatisch-pazifischen Raum, für die USA (insbesondere Kalifornien), aber auch für Israel, Großbritannien und andere europäische Staaten. Durch eine sehr restriktive Gesetzeslage ist Deutschland erheblich von diesem weltweiten Erkenntnisfortschritt im Bereich der grundlagen- sowie therapieorientierten Forschung mit HES-Zellen abgeschnitten. Dies gilt sowohl für den akademischen als auch für den industriellen Bereich. So dürfen Forscher in Deutschland aufgrund der Bestimmungen des Stammzellgesetzes nur mit solchen humanen embryonalen Stammzelllinien arbeiten, die vor dem Stichtag 1. Januar 2002 im Ausland hergestellt worden sind und die bestimmte Anforderungen erfüllen, wie sie auch für die Aufnahme ins „NIH-Register“ charakteristisch sind. Diese Stammzelllinien müssen von „überzähligen“ Embryonen abgeleitet sein, das heißt von solchen Embryonen, die zu Fortpflanzungszwecken erzeugt, endgültig aber nicht mehr auf eine Frau übertragen werden können. Von den ursprünglich etwa 80 Zellkulturen, die vor dem 1. Januar 2002 angelegt wurden, sind derzeit noch etwa 22 vermehrungsfähige Linien verwendbar. Im siebten Rahmenprogramm der EU (2007–2013) werden mit über 50 Millionen Euro Arbeiten zu humanen embryonalen Stammzellen gefördert. Dabei können alle vorliegenden Linien eingesetzt werden, also auch solche, die nach dem 1. Januar 2002 etabliert wurden. Somit würden deutsche Forscher, bliebe es bei der restriktiven Gesetzeslage, definitiv 3
Zusammenfassung und Empfehlungen von zahlreichen Projekten des siebten Rahmenprogramms der EU, das auch mit Mitteln aus Deutschland finanziert wird, ausgeschlossen werden. Während sich bestimmte Fragestellungen der Grundlagenforschung durchaus mit den vor dem Stichtag angelegten Zelllinien des „NIH-Registers“ beantworten lassen, weisen diese jedoch auch eine Reihe von gravierenden Nachteilen auf: Die für die Forschung in Deutschland verfügbaren Zelllinien sind nicht frei von Kontaminationen durch tierische Zellprodukte oder Viren, sie sind nicht unter standardisierten Bedingungen isoliert und kultiviert worden, was zu unterschiedlichen Aktivitätsmustern führt. Darüber hinaus besteht aufgrund der häufigen Passagen die Gefahr, dass sich Mutationen anreichern. Deshalb besteht aus Sicht der DFG die dringende Notwendigkeit, dass Forscher in Deutschland in Zukunft auch auf Zelllinien Zugriff erhalten, die nach dem 1. Januar 2002 etabliert wurden und die somit dem jeweiligen Stand der Wissenschaft und Technik entsprechen. 4. Behinderung durch Patente und „Material Transfer Agreements“ (MTA) Auch wenn eine Einführung von therapeutischen Verfahren auf der Basis von HES-Zellen noch nicht unmittelbar bevorsteht, so zeichnen sich doch weltweit Entwicklungen ab, die therapieorientierte Forschung zu intensivieren. Um zukünftige Anwendungen möglich zu machen, müssen die verwendeten Zelllinien nach geltenden EU-Richtlinien bestimmte Voraussetzungen erfüllen (Good Laboratory Practice, Good Manufacturing Practice). Die vor dem 1. Januar 2002 etablierten HES-Linien erfüllen diese Standards nur teilweise. Darüber hinaus unterliegen diese Linien in der Regel einem Patentschutz. Weiterhin verlangen die Hersteller dieser Zelllinien zumeist den Abschluss von „Material Transfer Agreements“ (MTA), die vor allem eine wirtschaftliche Verwertung behindern oder gar unmöglich machen. Im Gegensatz dazu wurden in den letzten Jahren neue Stammzelllinien etabliert, die, homogen und frei von Kontaminationen, auch in der EU für kommerzielle Anwendungen zulassungsfähig sind. Eine Reihe dieser standardisierten und nicht mit Patenten belegten Zelllinien sind vom „International Stem Cell Forum“ erfasst und werden von diesem für die Forschung abgegeben. So sind vom Stammzellforum etwa 150 Zelllinien registriert, von denen 80 sehr gut charakterisiert sind. Um eine potenzielle wirtschaftliche Umsetzung von Ergebnissen der Stammzellforschung auch in Deutschland möglich zu machen, sollte es Wissenschaftlern und Unternehmen gestattet werden, diese neuen Stammzelllinien für wissenschaftliche, aber auch für diagnostische, präventive und therapeutische Zwecke zu beziehen. Aufgrund der Stichtagsregelung des Stammzellgesetzes ist dies jedoch momentan nicht möglich. Diese fehlende kommerzielle Perspektive der Stammzellforschung hat wiederum negative Rückwirkungen auf die Grundlagenforschung und erklärt die zurückhaltende Antragstellung. 5. Abschaffung des Stichtags Die jetzt gültige Stichtagsregelung hat zum Ziel, zu verhindern, dass von Deutschland aus eine Produktion von HES-Linien im Ausland veranlasst wird. 4
Zusammenfassung und Empfehlungen Insgesamt hält die DFG die Möglichkeit für extrem unwahrscheinlich, dass exklusiv für deutsche Wissenschaftler im Ausland Stammzelllinien angelegt werden, um Projekte in Deutschland zu initiieren oder fortzusetzen. Deshalb sollte nach Auffassung der DFG die Stichtagsregelung abgeschafft werden. Dies würde den Import von im Ausland nach dem 1. Januar 2002 hergestellten Stammzelllinien erlauben, wenn diese von „überzähligen“ Embryonen abgeleitet wurden. Durch die Abschaffung der Stichtagsregelung würde die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Wissenschaftler auf dem Gebiet der Stammzellforschung nachhaltig verbessert werden. Dies gilt auch für Antragstellungen, die im Rahmen des 2007 beginnenden siebten Rahmenprogramms der EU vorgenommen werden. 6. Diagnostische, präventive und therapeutische Verwendung Im Stammzellgesetz ist vorgesehen, dass unter bestimmten Bedingungen Zelllinien für Forschungszwecke aus dem Ausland nach Deutschland eingeführt werden dürfen. Da die Entwicklung neuer anwendungsorientierter Verfahren näher gerückt ist, sollte auch eine Einfuhr für diagnostische, präventive und therapeutische Zwecke ermöglicht werden. 7. Internationale Isolierung deutscher Wissenschaftler Die DFG sieht mit Sorge, dass die Wissenschaftler in Deutschland auf dem Gebiet der Stammzellforschung international zunehmend isoliert werden. Diese Isolierung ist im Wesentlichen auf das momentan gültige StZG zurückzuführen, da es erhebliche strafrechtliche Risiken beinhaltet. Strafbarkeitsrisiken bestehen bei internationalen Kooperationen, beispielsweise bei EU-finanzierten Projekten, wenn in ausländischen Labors mit Zellen gearbeitet wird, die in Deutschland nicht zugelassen sind, und wenn daraus resultierende gemeinsame Publikationen veröffentlicht werden. Zunehmend versagen sich deshalb ausländische Wissenschaftler einer Kooperation mit deutschen Forschungseinrichtungen und einer Gasttätigkeit im Inland aufgrund des auch für sie bestehenden Strafbarkeitsrisikos. Weiterhin besteht Rechtsunsicherheit bei der beratenden Mitarbeit deutscher Forscher in internationalen Expertengremien, beispielsweise im „International Stem Cell Forum“, wenn Stammzelllinien behandelt werden, die nach dem 1. Januar 2002 etabliert wurden. Auch beim internationalen Wissenschaftleraustausch, beispielsweise durch Arbeit in Labors, in denen Linien verwendet werden, die nach dem deutschen Stichtag angelegt wurden, besteht Rechtsunsicherheit, die zu einer weiteren internationalen Isolierung deutscher Forscher, vor allem von Nachwuchswissenschaftlern, führt. Die daraus resultierende Diskriminierung deutscher Wissenschaftler vollzieht sich vor dem Hintergrund der Tatsache, dass immer mehr Länder in Europa gesetzliche Restriktionen auf dem Gebiet der Stammzellforschung abbauen. 8. Rechtssicherheit für Wissenschaftler Um die Rechtssicherheit für Wissenschaftler insgesamt zu stärken und um die internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Stammzellforschung zu 5
Zusammenfassung und Empfehlungen stützen, schlägt die DFG vor, die durch das Stammzellgesetz ermöglichte Kriminalisierung von Wissenschaftlern durch die Abschaffung der Strafandrohung zu beseitigen. Dabei geht die DFG davon aus, dass sich der Anwendungsbereich des Stammzellgesetzes ausdrücklich auf das Inland beschränkt und dass eine Ahndung von Rechtsverstößen durch angemessene disziplinarische Maßnahmen möglich ist. 9. Verwendung alternativer Zellsysteme Seit etwa zwei Jahren wurden die Anstrengungen intensiviert, um Methoden mit dem Ziel zu entwickeln, pluripotente Zellen unter Vermeidung eines Totipotenzstadiums zu gewinnen. Aus differenzierten Zellen sollen durch „Reprogrammierung“ direkt pluripotente Zellen gewonnen werden, die sich wie HESZellen in die unterschiedlichsten Zelltypen differenzieren lassen. Bei derartigen Entwicklungen alternativer Zellsytemen werden auch Eizellspenden vermieden. Zur Reprogrammierung werden HES-Zellen oder Komponenten von HES-Zellen eingesetzt. Intensiv wird daran gearbeitet, die für diese Prozesse verantwortlichen „Reprogrammierungsfaktoren“ zu identifizieren, die wohl auch letztlich die Entwicklung von Zellen im frühen Stadium des Lebens steuern. Viele dieser Ansätze werden zunächst in Tierexperimenten verfolgt, die Umsetzung im humanen System steckt derzeit noch in den Anfängen. Die DFG hält derartige Untersuchungen zur Entwicklung und Charakterisierung von alternativen Zellsystemen für notwendig und förderungswürdig. Sie plädiert dafür, den Fortschritt dieser Arbeiten sorgfältig zu verfolgen, daraus sich ergebende Perspektiven neu zu bewerten und bei der Entwicklung zukünftiger Forschungsschwerpunkte vorrangig zu berücksichtigen. 10. Herstellung neuer Stammzelllinien In der letzten Stellungnahme der DFG vom Jahr 2001 wird empfohlen, unter strengen Bedingungen gegebenenfalls auch in Deutschland die Voraussetzungen zu schaffen, dass neue Stammzelllinien angelegt werden könnten. Diese Empfehlung wurde vor dem Hintergrund der Tatsache ausgesprochen, dass international nur eine begrenzte Zahl von Zelllinien verfügbar war. Um neue Stammzelllinien auch in Deutschland herzustellen, wäre eine Änderung des Embryonenschutzgesetzes notwendig. Seit der letzten Stellungnahme sind weltweit eine Reihe von neuen Stammzelllinien etabliert worden. Davon sind etwa 150 Linien im „International Stem Cell Forum“ erfasst, von diesen sind wiederum 80 umfassend charakterisiert. Diese Linien stehen der Wissenschaft weltweit zur Verfügung; auch deutsche Wissenschaftler könnten diejenigen Linien, die aus „überzähligen“ Embryonen abgeleitet wurden, prinzipiell verwenden. Momentan sind Wissenschaftler in Deutschland aufgrund des Stammzellgesetzes jedoch gehindert, diese Zelllinien für ihre Arbeiten zu nutzen. Sollten die neuen Linien den deutschen Wissenschaftlern in absehbarer Zeit zur Verfügung stehen, was durch eine Novellierung des Stammzellgesetzes möglich wäre, so ergäbe sich bei derzeitigem Erkenntnisstand keine zwingende Notwendigkeit, neue Linien auch in Deutschland herzustellen. Insoweit stellt die 6
Zusammenfassung und Empfehlungen Möglichkeit, Stammzelllinien auch in Deutschland herzustellen, für die DFG momentan forschungspolitisch kein prioritäres Anliegen dar. 11. Zellkerntransfer Seit der Verabschiedung der letzten DFG-Stellungnahme im Jahr 2001 ist die Methode des „somatic cell nuclear transfers“ (SCNT oder NT), auch „Forschungsklonen“ oder „therapeutisches Klonen“ genannt, in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Im Zuge dieser Methodik werden Zellkerne von Körperzellen in eigens dafür entkernte Eizellen übertragen, wobei es dann zur Entwicklung von neuen Zellen und Zellverbänden auf der Grundlage der übertragenen Zellkerne kommt. Während diese Methodik im Tierversuch in vielen Labors weltweit erfolgreich angewandt wird, sind mit der SCNT-Technik humane ES-Zellen bisher nicht etabliert worden. Die kürzlich publizierten Arbeiten von W. S. Hwang und Mitarbeitern erwiesen sich als Fälschungen. Dennoch wird vorgebracht, dass mithilfe der SCNT-Technik durch die Etablierung von krankheitsspezifischen Zelllinien in absehbarer Zukunft neue Einsichten in erblich bedingte Krankheiten gewonnen werden könnten. Darüber hinaus könnten patienteneigene HES-NT-Zellen für Therapiezwecke verfügbar gemacht werden. Gegen eine Anwendung der SCNT-Technik im humanen System spricht die Tatsache, dass viele Eizellen nötig wären, um derartige Untersuchungen durchzuführen und dass möglicherweise entwicklungsfähige Embryonen entstehen. Darüber hinaus sind auch grundlegende zellbiologische Prozesse der frühen Entwicklung menschlicher Zellen noch nicht so weit geklärt, als dass ein Einsatz der SCNT-Methodik im humanen System für Therapiezwecke infrage käme. Die DFG plädiert dafür, die Entwicklung auf diesem Gebiet, vor allem in Hinblick auf tierexperimentelle Daten, weiterzuverfolgen und die Argumente für und wider die Gewinnung von HES-NT-Zellen auch in Zukunft sorgfältig abzuwägen. 12. Reproduktives Klonen Es besteht weltweit Konsens im Hinblick auf die Ablehnung des reproduktiven Klonens beim Menschen. Wie bereits in der vorherigen Stellungnahme ausgeführt, schließt sich die DFG diesem Verbot vorbehaltlos an. Das Gleiche gilt auch für alle Ansätze, die Eingriffe in die menschliche Keimbahn, einschließlich der Herstellung von Chimären oder Hybriden, beabsichtigen.
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Präambel
Die Stellungnahmen der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zur Stammzellforschung von 1999 und 2001 haben eine lebhafte Debatte in Politik, Wissenschaft und Öffentlichkeit über die Möglichkeiten und Grenzen dieses Forschungsgebiets hervorgerufen. Wissenschaftlich vielversprechende Erkenntnisse, ethische Bedenken und rechtliche Erwägungen waren in diesen Diskussionen bestimmend. Am Ende dieses Diskussionsprozesses stand die Verabschiedung des Stammzellgesetzes durch den Deutschen Bundestag, das im Sinne eines politischen Kompromisses letztlich auf breite Zustimmung stieß. Mit dem vorliegenden dritten Papier führt die DFG im Licht aktueller Entwicklungen von wissenschaftlicher und forschungspolitischer Relevanz diesen Diskussionsprozess weiter. Dabei müssen vor allem der internationale wissenschaftliche Stand auf dem Gebiet der Stammzellforschung und die sich daraus ergebenden Konsequenzen zu einem erneuten Abwägen führen. Schon im Jahr 2001 hat die DFG darauf hingewiesen, dass über neue Möglichkeiten für die Beschaffung und Verwendung embryonaler Stammzellen in Deutschland nachgedacht werden müsse, wenn sich die „in Deutschland zur Verfügung stehenden pluripotenten Zelllinien objektiv als nicht geeignet erweisen sollten“ oder wenn „Forschungsarbeiten mit ihnen in nicht zu rechtfertigender Weise eingeschränkt“ wären (siehe Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2003 b).1 Die DFG sieht nun in der Tat aufgrund neuerer Erkenntnisse in naturwissenschaftlicher und wissenschaftspolitischer Hinsicht Handlungsbedarf im Sinne einer Revision des Stammzellgesetzes (StZG). Im vorliegenden Papier werden nach einer kurzen Einführung in den – bereits in der letzten Stellungnahme ausführlich dargelegten – wissenschaftlichen Hintergrund sowohl der naturwissenschaftliche, aber auch der juristische und ethische Erkenntnisfortschritt zu Arbeiten mit Stammzellen dargelegt. Darüber hinaus werden Empfehlungen zur zukünftigen Arbeit mit Stammzellen in Deutschland vorgelegt. Die Empfehlungen orientieren sich an dem Fortschritt der Wissenschaft, insbesondere in den letzten fünf Jahren, sowie an wissenschafts- und rechtspolitischen Rahmenbedingungen.
1 Die Druckfassung der Stellungnahme von 2001 erschien 2003.
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Einleitung
In Deutschland werden Arbeiten auf dem Gebiet der humanen embryonalen Stammzellforschung durch das Embryonenschutzgesetz sowie durch das Stammzellgesetz geregelt. Das Stammzellgesetz entstand nach der Veröffentlichung der zweiten DFG-Stellungnahme zum Thema „Humane embryonale Stammzellen“ von 2001 und der daraus resultierenden breiten öffentlichen Diskussion um „Pro“ und „Kontra“ der humanen embryonalen Stammzellforschung. Die darauf folgende parlamentarische Debatte im Deutschen Bundestag über die Zulässigkeit der humanen embryonalen Stammzellforschung führte Ende Juni 2002 zur Verabschiedung des Stammzellgesetzes (Gesetz zur Sicherstellung des Embryonenschutzes im Zusammenhang mit Einfuhr und Verwendung menschlicher embryonaler Stammzellen, StZG (BGBl. I S. 2277, 2002)). Nach dem Embryonenschutzgesetz ist die Etablierung humaner embryonaler Stammzell (HES)-Linien in Deutschland strafrechtlich untersagt. Ausnahmsweise dürfen HES-Linien, die vor dem 1. Januar 2002 im Ausland etabliert wurden (auf Antrag und nach Prüfung gemäß § 5 StZG hinsichtlich Hochrangigkeit der Forschung und ausreichender Vorklärung), für Forschungszwecke nach Deutschland eingeführt werden. Dabei müssen solche Linien von „überzähligen“ IVF-Embryonen etabliert worden sein, das heißt von solchen Embryonen, die zu Fortpflanzungszwecken erzeugt sind, endgültig aber nicht mehr auf eine Frau übertragen werden können. Die Prüfung erfolgt durch eine interdisziplinär mit Naturwissenschaftlern, Medizinern und Geisteswissenschaftlern besetzte „Zentrale Ethikkommission für Stammzellforschung“ (ZES), die die Bewertung der Forschungsanträge nach dem Stammzellgesetz übernimmt und ihre Stellungnahmen an das Robert-Koch-Institut weiterleitet, das über die Anträge entscheidet. Seit Inkrafttreten des Stammzellgesetzes wurden 20 Forschungsanträge (Stand 9. 10. 2006) zum Import von HES-Linien genehmigt (aktuelle Liste unter www.rki.de). Seit der Veröffentlichung der zweiten DFG-Stellungnahme und der Verabschiedung des Stammzellgesetzes sind mehrere Jahre weltweiter intensiver Forschungstätigkeit, ethischer Debatten und rechtlichen Erkenntnisfortschritts vergangen. Inzwischen sind zahlreiche neue Daten zur Biologie embryonaler und adulter Stammzellen publiziert worden, die unsere Kenntnisse über die Eigenschaften von Stammzellen im Kontext regenerativer Zelltherapien wesentlich 11
Einleitung erweitert, modifiziert oder grundsätzlich verändert haben. Adulte Stammzellen, wie beispielsweise Knochenmarkstammzellen, werden bereits in klinischen (Phase 1) Studien eingesetzt. Die Firma Geron hat für 2006 den Einsatz von HES-Zellen in klinischen Studien angekündigt (www.newscientist.com, Ausgabe vom 17. 6. 2006). HES-Linien werden bereits zur Untersuchung genetischer Krankheiten eingesetzt und neue Strategien zur Reprogrammierung von somatischen Zellen werden entwickelt. Dieser Fortschritt auf dem Gebiet der Stammzellforschung ist nur durch das gezielte und hohe finanzielle Engagement zahlreicher Länder möglich. Millionenschwere Förderprogramme zur Stammzellforschung haben in den USA, insbesondere in Kalifornien, und im asiatisch-pazifischen Raum (wie Singapur, Südkorea, Australien) begonnen. Großbritannien hat vor kurzem seine Forschungsgelder für die Stammzellforschung verdoppelt, auch Israel unternimmt große Anstrengungen auf diesem Gebiet. Die Rahmenbedingungen in Europa sind in den jeweiligen Ländern unterschiedlich geregelt und werden unter anderem von deren soziokulturellen Traditionen bestimmt. In fast allen Ländern Europas wurde versucht, zwischen Forschungsfreiheit und angemessenem Embryonenschutz in einer schwierigen Güterabwägung Regelungen zur Forschung an und mit HES-Linien zu finden. Allerdings wird das Verhältnis zwischen Forschungsfreiheit und Embryonenschutz in den jeweiligen Ländern unterschiedlich gewichtet; in der Folge kommt es zu unterschiedlichen gesetzlichen Regelungen. Einige wesentliche Eckpunkte der geltenden Gesetze sind in Tabelle 4 (siehe S. 52) dargestellt. Es zeigt sich, dass in Deutschland, im Gegensatz zu fast allen europäischen Ländern, die Forschungsfreiheit auf diesem Gebiet am stärksten eingeschränkt ist (siehe Kapitel 4).
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1 Wissenschaftlicher Hintergrund
Humane Stammzellen sind aufgrund ihrer inhärenten Eigenschaften, ihrer Regenerationsfähigkeit und ihres Entwicklungspotenzials nicht nur ein geeignetes Forschungsobjekt zur Untersuchung von Entwicklungs- und Differenzierungsprozessen im menschlichen Körper, sie können darüber hinaus zukünftig auch als potenzielle Zellquelle für die Erforschung und die Behandlung zahlreicher Krankheiten dienen. Die therapeutische Eignung wird dabei vor allem von den unterschiedlichen Eigenschaften embryonaler und adulter Stammzellen bestimmt (siehe Tabelle 1). Je nach ihrer Herkunft unterscheidet man gewebespezifische (adulte) Stammzellen, embryonale Stammzellen (ES-Zellen) und embryonale Keimzellen (EG-Zellen). ES-Zellen werden aus undifferenzierten Zellen früher Embryonalstadien von Säugern gewonnen, EG-Zellen aus den Vorläufern von Keimzellen aus Embryonen oder frühen Föten und adulte Stammzellen aus den verschiedensten Geweben eines Organismus. Gemeinsames Merkmal aller Stammzellen sind ihre Vermehrungsfähigkeit sowie ihre Fähigkeit, in einzelne oder mehrere Zelltypen auszureifen (sich zu differenzieren). Die entwicklungsbiologischen Potenziale sind in den embryonalen, fötalen und adulten Stammzellen in unterschiedlichem Maße ausgeprägt. Ideal für eine Zelltherapie wäre die Möglichkeit, adulte Zellen eines Patienten zu entnehmen, in den benötigten Zelltyp umzuwandeln und den Patienten mit diesen ursprünglich körpereigenen Zellen zu behandeln. Dies könnten zum einen adulte Stammzellen sein oder somatische Zellen, die nach Reprogrammierung Eigenschaften pluripotenter Stammzellen aufweisen.
1.1 Eigenschaften gewebespezifischer (adulter) Stammzellen
Gewebespezifische Stammzellen (adulte Stammzellen) bilden im Verlauf der Embryonalentwicklung die einzelnen Gewebe- und Organsysteme. Adulte Stammzellen können sich somit selbst erneuern und zu spezialisierten Zelltypen 13
1 Wissenschaftlicher Hintergrund Tabelle 1 Detaillierter Vergleich der Eigenschaften von embryonalen und adulten Stammzellen (nach Lemoli et al., 2005) Parameter
ES-Zellen
AS-Zellen
Vorkommen
Blastomeren, ICM, Blastozysten
Zahlreiche Körpergewebe
Langzeit ,self-renewal‘
unbegrenzte symmetrische Teilung
Homöostase der adulten Stammzellen während der gesamten Lebenszeit des Organismus
Potenzialität
Pluripotenz in vivo und in vitro
Multipotenz (hämatopoetische und mesenchymale Stammzellen, MAPCs nach in vitro-Kultur)
Klonogenität in vitro
Eine einzelne ES-Zelle kann einen Klon undifferenzierter pluripotenter ES-Zellen bilden
Eine einzelne AS-Zelle kann einen Klon differenzierter Zellen bilden, der Mechanismus ist in vivo unbekannt
Zellschicksal
können proliferieren und differenzieren
können zur Differenzierung induziert werden
Zellzyklus
ES-Zellen fehlt der G1checkpoint, sie befinden sich vorwiegend in der S-Phase
AS-Zellen befinden sich im Ruhestadium, benötigen Stimulus für DNA-Replikation und Übergang in den Zellzyklus
Plastizität
unbegrenzt entwicklungsfähig in funktionelle Zellen
Funktionelle Plastizität ist noch nicht eindeutig definiert (auf Transkriptebene häufig vorhanden)
ES: AS: G1-, S-Phase: ICM: MAPC:
Embryonale Stammzelle Adulte Stammzelle Phasen des Zellzyklus Innere Zellmasse der Blastozyste (engl.: inner cell mass) Multipotente adulte Vorläuferzelle (engl.: multipotent adult progenitor cell)
heranwachsen. Zellen mit dieser Fähigkeit benötigt der Körper nicht nur während der Embryogenese, sondern auch im Erwachsenenstadium, um Zellen, die durch Verletzung oder Zellverlust zugrunde gehen, zu ersetzen. Das Vermögen zur Selbsterneuerung von Zellen und Geweben ist in der Natur sehr unterschiedlich ausgeprägt. Bei niederen Tieren (zum Beispiel Planarien, Regenwürmer) und einigen Amphibien (zum Beispiel Salamander, Wassermolch) können ganze Körperteile oder Gliedmaßen nachwachsen, wenn sie durch Verletzung verloren gehen. Bei Säugern werden nur bestimmte Gewebe, wie Haut, Haare, Blut und Darmepithel, ständig erneuert. Diese Gewebe enthalten hochaktive Stamm- und Vorläuferzellen, die bei Bedarf aktiviert werden. Dagegen sind in anderen Geweben (zum Beispiel Herz, Bauchspeicheldrüse) Stammzellen nur in geringer Anzahl enthalten und schwierig zu isolieren. 14
1.1 Eigenschaften gewebespezifischer (adulter) Stammzellen
Erläuterung 1: Was ist Totipotenz – Pluripotenz – Multipotenz? Totipotenz: Totipotente Zellen haben die Fähigkeit, Gewebe aller Keimblätter, einschließlich von Trophoblastzellen, zu bilden und sich in einen lebensfähigen Organismus zu entwickeln. Totipotent sind zum Beispiel befruchtete Eizellen. Mithilfe der Kerntransfertechnik (somatic cell nuclear transfer, SCNT oder NT, auch „Dolly“-Verfahren) könnten auch adulte differenzierte Zellen in ein potenziell totipotentes Stadium reprogrammiert werden. Pluripotenz: Pluripotente Stammzellen können spezialisierte Zellen aller Keimblätter sowie Keimzellen (Spermien und Eizellen) bilden, sich aber selbst nicht in einen lebensfähigen Organismus entwickeln. Embryonale Stammzellen sind pluripotent. Multipotenz: Multipotente Stammzellen können sich in verschiedene Zelltypen einer bestimmten Linie entwickeln. Für einige gewebespezifische adulte Stammzellen wurde Multipotenz nachgewiesen.
In einigen Spezialkliniken werden Stammzellen des Knochenmarks bereits für Gewebeersatz bei Knorpel- und Knochendefekten eingesetzt (Bruder et al., 1994; Caplan, 2005). Seit einigen Jahren finden klinische Studien zum Einsatz von Knochenmarkstammzellen für die Regeneration von Herzgewebe bei Patienten mit Herzinfarkt statt. Die Ergebnisse der Studien bei Herzinfarktpatienten sind allerdings widersprüchlich, eine regenerative Wirkung der Knochenmarkstammzellen ist noch nicht bekannt (siehe Kapitel 2.1.2). Weiterhin wird die Regenerationsfähigkeit von Hautgewebe genutzt, um beispielsweise Hautpartien, die durch Verbrennungen geschädigt sind, durch in Zellkultur vermehrte Zellen der Haut zu ersetzen. Von besonderer Bedeutung sind auch die Stammzellen des Nabelschnurbluts, die sich durch geringe Immunität auszeichnen (siehe Kapitel 2.1). Der Einsatz adulter Stammzellen für die Zelltherapie hätte gegenüber den ES-Zellen den Vorteil, dass mit dieser Strategie Abstoßungsreaktionen vermieden werden könnten, da es sich meist um körpereigene (autologe) Zellen handelt. Autologe adulte Stammzellen können aber nicht eingesetzt werden, wenn die Erkrankung eine genetische Basis besitzt. Außerdem nimmt nicht nur die Zahl der adulten Stammzellen im Verlaufe eines Lebens ab, sondern die Zellen altern auch. Momentan ist nicht absehbar, welche adulten Stammzellen zur Therapie neuraler Erkrankungen eingesetzt werden können.
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1 Wissenschaftlicher Hintergrund
1.2 Gewinnung und Eigenschaften pluripotenter Stammzellen
1.2.1 Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) 1.2.1.1 Gewinnung embryonaler Stammzellen Unter dem Begriff Embryo werden verschiedene frühe Stadien der Embryonalentwicklung zusammengefasst. Zum Status des „Embryos“ wird in Kapitel 3.2 ausführlich Stellung genommen. Das früheste Embryonalstadium, die befruchtete Eizelle, wird auch als Zygote bezeichnet. Spätere Stadien sind die Morula, die aus acht bis 16 Zellen besteht, und die Blastozyste. Diese besteht aus einer inneren Zellgruppe, aus der sich der Embryo entwickelt (inner cell mass), und einer äußeren, die die Plazenta bildet (siehe Abbildung 4). Die Embryonalentwicklung beim Menschen endet mit Abschluss der neunten Entwicklungswoche, danach spricht man von Fötus und Fötalentwicklung. ES-Zellen werden aus sehr frühen Embryonalstadien (Acht-Zell-Stadium bis Blastozyste) von Säugetieren gewonnen. Sie können sich in Zellkultur unter bestimmten Bedingungen weiter vermehren, ohne zu differenzieren (Thomson et al., 1998; Thomson and Marshall, 1998). Die bisher angewandten Verfahren führen zu einer Zerstörung des Embryos. Neuere Arbeiten haben gezeigt, dass zumindest bei der Maus auch das Anlegen solcher Zellkulturen aus nur einzelnen (Blastomeren) Zellen möglich ist und damit der Embryo lebensfähig bleibt (Chung et al., 2006). Vermutungen, dass diese Methode auch für menschliche Zellen erfolgreich angewendet werden kann, ließen sich bisher nicht bestätigen (Klimanskaya et al., 2006). Nach den bislang an ES-Zellen der Maus gewonnenen Erfahrungen lassen sich die aus Embryonen entnommenen ES-Zellen als permanente Zelllinien dauerhaft und nahezu unbegrenzt im undifferenzierten Zustand kultivieren und über lange Zeiträume hinweg tiefgefroren aufbewahren. Von menschlichen ES-Zellen konnte gezeigt werden, dass sie zumindest über 250 Generationen hinweg in Kultur gehalten werden können und dabei ihre Pluripotenz (siehe Kasten Erläuterung 1) erhalten (Amit et al., 2000).
1.2.1.2 Eigenschaften embryonaler Stammzellen ES-Zellen zeichnen sich nicht nur dadurch aus, dass sie sich langfristig in Kultur vermehren, sie können sich auch in viele verschiedene Körperzellen entwickeln. Um eine Ausreifung in gewebespezifische Zelltypen einzuleiten, werden ES-Zellen beispielsweise für einige Tage in Form von Zellverbänden kultiviert. Derartige Zellverbände werden auch als „Embryoid-Körper“ (embryoid bodies) bezeichnet. Diese Bezeichnung ist insofern irreführend, als „embryoid bodies“ 16
1.2 Gewinnung und Eigenschaften pluripotenter Stammzellen keine Embryonen sind und sich nach derzeitigem Erkenntnisstand auch nicht als Embryonen weiterentwickeln können. In der Regel führt die spontane Ausreifung von ES-Zellen in der Zellkultur zu einem Gemisch verschiedener Zelltypen, darunter kontrahierende Herzmuskelzellen, neuronale Zellen, Fettzellen, Zellen des Immunsystems, Knorpelzellen (Übersicht bei Wobus and Boheler, 2005). Mithilfe spezifischer Wachstums- und Differenzierungsfaktoren ist es nun möglich, gezielt hochreine Populationen definierter Zelltypen zu isolieren. Letzteres ist eine Grundvoraussetzung für die therapeutische Verwendung von ESZellen. Eine Verunreinigung mit unreifen pluripotenten ES-Zellen könnte ansonsten nach Transplantation zur Bildung von unerwünschtem Fremdgewebe oder auch von Tumoren führen (Stevens, 1983).
1.2.1.3 Forschung an und mit embryonalen Stammzellen Die Forschung an embryonalen Stammzellen verfolgt unterschiedliche Ziele. Aus Sicht der Grundlagenforschung geht es um die Frage, wie und unter welchen Bedingungen sich solche Zellen zu bestimmten spezialisierten Zelltypen entwickeln, was bei diesen Prozessen spezifisch für die frühe Embryonalentwicklung des gesunden Menschen ist und welche Abweichungen bei genetischen Krankheiten auftreten. Die mögliche therapeutische Eignung von ES-Zellen bezieht sich auf ihren Einsatz in Zellersatzstrategien (siehe Abbildung 1 und Kapitel 1.2.2). Eine Transplantation von aus ES-Zellen abgeleiteten, nicht körpereigenen Spenderzellen würde allerdings zu immunologischen Abstoßungsreaktionen führen, deren Beherrschung dieselbe medikamentöse Behandlung mit allen ihren Nebenwirkungen erfordern würde, wie sie heute bei Organtransplantationen notwendig und üblich ist. Ein entscheidender Vorteil von ES-Zellen könnte jedoch sein, dass sich praktisch jedes ihrer Gene entfernen, ersetzen oder modifizieren ließe. Es könnten also gezielt Gene ausgeschaltet werden, deren Produkte an der Krankheitsentstehung oder an der Auslösung von Abstoßungsreaktionen beteiligt sind, andererseits könnten vor einer Transplantation therapeutisch bedeutsame Gene in ES-Zellen eingeführt werden.
1.2.2 Embryonale Stammzellen nach Kerntransfer Durch den Transfer des Zellkerns einer adulten Körperzelle in eine zuvor entkernte Eizelle kann der Zellkern der Körperzelle reprogrammiert werden. Nach Übertragung einer solchen rekonstruierten Eizelle in ein scheinträchtiges Tier kann es zur normalen Entwicklung eines Fötus kommen. Diese als somatische Kerntransfertechnik (engl.: somatic cell nuclear transfer, SCNT) bezeichnete Methode wurde bisher bei mehreren Tierarten erfolgreich angewendet. Sie könnte auch dazu dienen, in vitro Blastozysten zu erzeugen, aus denen körper17
1 Wissenschaftlicher Hintergrund
Abbildung 1 Gewinnung von HES-Zellen nach Kerntransfer als Quelle zur Gewebezüchtung für die Transplantation
eigene ES-Zellen für die autologe Zellersatz-Therapie gewonnen werden könnten. Man spricht dann von „Forschungs-Klonen“ oder „therapeutischem Klonen“. Die auf diese Weise durch Kerntransfer (engl.: nuclear transfer, NT) gewonnenen NT-ES-Zellen sind bis auf das mitochondriale Genom mit dem (Kern-)Genom der Spenderzelle identisch. In Mausexperimenten konnte gezeigt werden, dass die abgeleiteten ES-Zellen nicht von denen zu unterscheiden sind, die nach Befruchtung entstanden sind (Brambrink et al., 2006), obwohl die Expression von Genen in diesen Konstrukten äußerst aberrant sein kann. In verschiedenen Labors wird angestrebt, im humanen System autologe, das heißt patienteneigene Ersatzzellen für eine Zelltransplantation zu entwickeln. Dabei würde, wie bei adulten körpereigenen Stammzellen, das Problem einer immunologischen Unverträglichkeit nicht auftreten, sodass die Notwendigkeit der Suppression der Immunreaktion entfallen könnte. Ein anderer Vorteil dieser Methode läge in der Möglichkeit, Stammzellen von Patienten mit schweren Krankheiten zu gewinnen und an ihnen die Entste18
1.2 Gewinnung und Eigenschaften pluripotenter Stammzellen hungsmechanismen und Behandlungsmöglichkeiten dieser Krankheiten zu erforschen (siehe Kapitel 2.2.7).
1.2.3 Embryonale Keimzellen (EG-Zellen) Menschliche embryonale Keimzellen (EG-Zellen) können aus den Vorläuferzellen von Ei- und Samenzellen, sogenannten primordialen Keimzellen, gewonnen werden. Humane EG-Zellen wurden aus Embryonen beziehungsweise Föten der fünften bis elften Schwangerschaftswoche isoliert (Shamblott et al., 1998, 2001). Während bei der Maus EG-Zellen in ähnlicher Weise wie ES-Zellen über ein nahezu unbegrenztes Proliferations- und Entwicklungspotenzial verfügen, „embryoid bodies“ bilden und sich in eine Vielzahl spezialisierter Zelltypen differenzieren können, ist die Vermehrungs- und Entwicklungsfähigkeit humaner EG-Zelllinien offenbar begrenzt. Selbst in den Laboratorien von J. Gearhart und P. Donovan, in denen zuerst humane EG-Zellen gewonnen wurden (Shamblott et al., 1998), werden sie kaum noch eingesetzt. Obwohl die Verwendung humaner EG-Zellen in vielen Ländern rechtlich weitaus unproblematischer wäre als die Verwendung von HES-Zellen, spielen sie in der Forschung nur eine eher untergeordnete Rolle. Dies zeigt sich auch daran, dass bisher nur sehr wenige Arbeiten über die Entwicklungsfähigkeit von humanen EG-Zellen veröffentlicht wurden – im Gegensatz zu den Hunderten von Publikationen über HES-Zellen.
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2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit der zweiten DFG-Stellungnahme von 2001
Seit der DFG-Stellungnahme aus dem Jahr 2001 ist auf dem Gebiet der adulten und embryonalen Stammzellforschung weltweit intensiv gearbeitet worden und viele der neuen Erkenntnisse lassen die damals getroffenen Aussagen in neuem Licht erscheinen. Die folgenden Kapitel geben einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen.
2.1 Adulte gewebespezifische Stammzellen
Adulte beziehungsweise gewebespezifische oder somatische Stammzellen sind für die Gewebeentwicklung und -regeneration zuständig. Sie sind in spezifischen Gewebekompartimenten lokalisiert (Stammzell-„Nische“) und reagieren auf stimulierende oder hemmende Signalmoleküle, die sie aus dem Gewebe erhalten, in dem sie sich aufhalten oder in das sie einwandern. Die am längsten bekannte Quelle für adulte Stammzellen ist das Blut. Im Knochenmark findet sich eine Stammzelle auf etwa 10 000 Zellen, wobei eine einzige Stammzelle das gesamte Blutsystem eines Organismus generieren kann (Osawa et al., 1996). Stammzellen können isoliert und in andere Organismen übertragen werden. Diese Eigenschaft ist die Grundlage für die bereits seit vielen Jahren klinisch erfolgreichen Transplantationen von hämatopoetischen Stammzellen aus Knochenmark zur Behandlung von Blutkrankheiten oder zur Behandlung von Tumorpatienten nach Chemotherapie. Ein Problem der somatischen Stammzellforschung ist seit vielen Jahren, dass entweder eindeutige Stammzellmarker fehlen und/oder dass Stammzellen nur in geringer Menge aus dem gesunden Spenderorganismus isoliert beziehungsweise in vitro nur begrenzt vermehrt werden können. So können hämatopoetische Stammzellen aus dem Knochenmark oder aus dem Nabelschnurblut zwar in Blutzellbanken lebensfähig erhalten werden, Versuche zur in vitro-Ver21
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001 mehrung von hämatopoetischen Stammzellen haben zu ersten Erfolgen, aber noch nicht zu einem Durchbruch geführt. Der Einsatz organfremder Stammzellen wird derzeit kontrovers diskutiert (siehe Kapitel 2.1.2), und die therapeutische Nutzung gewebespezifischer Stammzellen ist bisher nur in Ausnahmefällen möglich.
2.1.1 Entwicklungspotenzial von Stamm- und Vorläuferzellen Neben den hämatopoetischen Stammzellen enthält das Knochenmark auch mesenchymale Stammzellen, die unter anderem in Fett-, Knorpel-, Knochen-, Sehnen- oder Muskelzellen differenzieren können. Eine weitere Quelle zur Gewinnung von somatischen Stammzellen ist das Nabelschnurblut. Es enthält nicht nur Stammzellen des blutbildenden Systems, sondern auch mesenchymale Stammzellen (Erices et al., 2000). Mesenchymale Stammzellen stehen aufgrund ihrer Fähigkeit, sich in die verschiedenen mesenchymalen Zelltypen zu differenzieren, seit langem im Mittelpunkt der Stammzellforschung und des „tissue engineering“. Mesenchymale Zellen mit einem erweiterten Entwicklungspotenzial, sogenannte „multipotent adult progenitor cells“ (MAPCs; Reyes et al., 2001; Jiang et al., 2002 a; Jiang et al., 2002 b) oder „marrow-isolated adult multilineage inducible (MIAMI) cells“ (D’Ippolito et al., 2004), wurden aus dem Knochenmark von Maus und Mensch isoliert und kultiviert. Die Zellen zeigten über viele Passagen eine hohe Vermehrungsrate und eine beachtliche Differenzierungsfähigkeit. Es ist derzeit allerdings noch unklar, ob die Zellen aus einer (in geringer Anzahl) im Knochenmark bereits existierenden Stammzellpopulation stammen und durch Kultur vermehrt werden oder ob sich die Zellen erst durch die Kultivierung bilden. Ähnliche mesenchymale Stammzellen (engl.: unrestricted somatic stem cells, USSCs) wurden aus Nabelschnurblut kultiviert und waren über viele Generationen in Kultur vermehrbar (Kögler et al., 2004). Aus der Haut von Säugetieren wurden sogenannte „skin-derived precursor“ (SKP) Zellen nach in vitro-Kultur isoliert. SKPs können in neurale und mesenchymale Zellen sowie in Zellen, die morphologisch glatten Muskelzellen entsprechen, differenziert werden. SKPs können als Zell-Aggregate (ähnlich den „neurospheres“) kultiviert werden und zeigen Marker neuraler Vorläuferzellen. Diese Zellen weisen ein großes Differenzierungspotenzial auf, weil sie sogar in oozytenähnliche Zellen differenziert werden können (Dyce et al., 2006). Neurale Stammzellen können aus dem Gehirn isoliert und als sogenannte „neurospheres“ durch Wachstumsfaktorzugabe in Nährmedium vermehrt werden. Diese neuralen Stammzellen können sich zu funktionellen Neuronen entwickeln. Ob beziehungsweise inwieweit sie auch in vivo spezifische Hirnfunktionen übernehmen können, muss noch gezeigt werden. Die hier exemplarisch genannten multipotenten Zellen zeichnen sich durch Entwicklungsfähigkeit in verschiedene Zelltypen und durch eine – im 22
2.1 Adulte gewebespezifische Stammzellen Verhältnis zu hämatopoetischen Stammzellen – höhere Vermehrungsfähigkeit aus. Im Vergleich zu HES-Zellen ist ihr Vermehrungs- und Entwicklungspotenzial jedoch deutlich eingeschränkt.
2.1.2 Eingeschränkte Plastizität von adulten Stammzellen Seit 1998 wurde in zahlreichen Arbeiten berichtet, dass adulte Stammzellen sich nicht nur in „ihr“ Ursprungsgewebe entwickeln können, sondern in einigen Fällen auch in Zelltypen anderer Gewebe ausreifen können (Bjornson et al., 1999; Clarke et al., 2000). So wurde beschrieben, dass beispielsweise Knochenmarkstammzellen nach Transplantation im Empfängerorganismus in Muskeln, Leber, Lunge, Darm, Haut und Herz auftreten oder dass Nachkommen neuraler Stammzellen im Blut nachgewiesen wurden. Dieses erweiterte Entwicklungspotenzial wurde als „Plastizität“ (siehe Kasten Erläuterung 2) oder „Transdifferenzierungs“-Fähigkeit bezeichnet. Diese Fähigkeit würde bedeuten, dass adulte Stammzellen nicht allein auf die Bildung der Zellen ihres eigenen Gewebetyps spezialisiert sind, sondern sich unter dem Einfluss der spezifischen Signalmoleküle des Gewebes (zum Beispiel nach Verletzung) auch in andere Zellen entwickeln könnten. Es hat sich jedoch inzwischen in zahlreichen Studien gezeigt, dass die Techniken, die zum Nachweis der Entwicklungsfähigkeit in vivo und in vitro eingesetzt wurden, nicht hinreichend präzise waren. Mithilfe von eindeutigen Stammzellmarkern und sorgfältigen Analysen der Empfängergewebe nach Transplantation (von markierten Stammzellen) ist inzwischen nachgewiesen worden, dass die ursprünglichen Ergebnisse zumindest zweifelhaft sind (Herzog et al., 2003; Wagers and Weissman, 2004; Lemoli et al., 2005). Viele der beobachteten Phänomene beruhen nicht auf einer tatsächlichen „Transdifferenzierung“, sondern sind auf Fusionen von Spenderzellen mit Zellen des Empfängergewebes zurückzuführen beziehungsweise fallen um Größenordnungen niedriger aus als zunächst beschrieben. Die eingesetzten Stammzellpopulationen waren zudem nicht immer rein und einheitlich, sondern bestanden oft aus einem Gemisch verschiedener Stammzelltypen. So sind im Knochenmark hämatopoetische und mesenchymale Stammzellen sowie endotheliale Vorläuferzellen vorhanden, deren gleichzeitiger Einsatz eine spätere Interpretation der Ergebnisse erschwert. Von entscheidender Bedeutung für die Beurteilung der Plastizität adulter Stammzellen ist nun die Frage, inwieweit neben gewebe- und zelltypspezifischen Markern auch funktionelle Anhaltspunkte für eine Zelldifferenzierung nachgewiesen werden können. So wurde gezeigt, dass somatische Stammzellen
Erläuterung 2: Was ist Plastizität? Die Plastizität von Zellen bezeichnet deren Fähigkeit, sich auch in Zellen anderer Gewebe entwickeln zu können.
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2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001 nach Inkorporation in fremde Gewebe zwar einzelne gewebe- beziehungsweise zelltypspezifische Marker hervorbringen, diese Veränderungen der Genexpression jedoch nicht notwendigerweise mit der Ausprägung eines funktionellen Phänotyps verbunden sind. In einer Arbeit wurde sogar der Schluss gezogen, dass adulte Stammzellen nur unvollständig differenzieren und ihnen Eigenschaften fehlen, um Funktionalität auszuprägen (Bedada et al., 2006). Der Begriff der „Transdifferenzierung“ wird daher in diesem Zusammenhang international kaum mehr verwendet. Diese neue Sicht auf das Entwicklungspotenzial adulter Stammzellen kann anhand zahlreicher Publikationen seit dem Jahr 2000 dokumentiert werden (siehe Kasten Erläuterung 3). Ungeachtet der begrenzten Kenntnisse über die zugrunde liegenden Mechanismen wurden bereits 2001 Knochenmarkstammzellen zur Behandlung von Herzinfarktpatienten eingesetzt. Erste Fallstudien und klinische (Phase 1) Studien zur Transplantation von Stammzellen des Knochenmarks in das infarktgeschädigte Herz ergaben eine Verbesserung der klinischen Befunde der Patienten. Daraus wurde eine direkte Umwandlung von hämatopoetischen Stammzellen beziehungsweise von Knochenmarkstammzellen in Herzzellen postuliert, die für die therapeutische Wirkung (verbesserte Durchblutung und Pumpfunktion des Herzens) verantwortlich seien. Diese Interpretation ist jedoch nicht mehr
Erläuterung 3: Neue Befunde stellen die „Plastizität“ von adulten Stammzellen infrage Nervenzellen aus Knochenmark Q From marrow to brain: expression of neuronal phenotypes in adult mice. Brazelton et al. (2000) W Little evidence for developmental plasticity of adult hematopoietic stem cells. Wagers et al. (2002) Herzzellen aus Knochenmark Q Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Orlic et al. (2001) W Hematopoietic stem cells do not transdifferentiate into cardiac myocytes in myocardial infarcts. Murry et al. (2004) Leberzellen aus Knochenmark Q Purified hematopoietic stem cells can differentiate into hepatocytes in vivo. Lagasse et al. (2000) W Cell fusion is the principal source of bone-marrow-derived hepatocytes. Wang et al. (2003) Q Publikation beschreibt die Plastizität, das heißt die Fähigkeit zur Transdifferenzierung, von Knochenmark-Stammzellen. W Publikation beschreibt, dass Knochenmark-Stammzellen die postulierte Plastizität nicht besitzen.
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2.1 Adulte gewebespezifische Stammzellen aufrechtzuhalten, und nach dem gegenwärtigen Erkenntnisstand lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen (Lemoli et al., 2005; Dimmeler et al., 2005): – Nach Transplantation von Knochenmarkstammzellen in das infarktgeschädigte Herz finden vorwiegend Fusionen mit Herzzellen statt, die eine Entwicklung von Knochenmarkstammzellen in Kardiomyozyten vortäuschen. Eine direkte Umwandlung („Transdifferenzierung“) von hämatopoetischen und mesenchymalen Stammzellen in Kardiomyozyten tritt nicht oder – wenn überhaupt – nur so selten auf, dass sie bislang nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte. Die teilweise Verbesserung der klinischen Symptome kann deshalb nicht auf die Anwesenheit von wenigen Knochenmarkzellen im Herzen zurückgeführt werden. – Nach Transplantation von hämatopoetischen und mesenchymalen Stammzellen sowie (insbesondere) endothelialen Vorläuferzellen aus Knochenmark wird eine Neubildung von Gefäßzellen beobachtet. Es ist jedoch noch nicht eindeutig bewiesen, ob die Neubildung von vaskulären Endothelzellen direkt durch die transplantierten Zellen oder indirekt über die Sekretion von Zytokinen und Wachstumsfaktoren, die von den transplantierten Zellen abgegeben werden, induziert wird. – Eine Vorbehandlung (Mobilisierung) mit Zytokinen (G-CSF) kann die Regeneration des infarktgeschädigten Myokards positiv beeinflussen. Jedoch werden dabei offenbar keine neuen Herzzellen gebildet, sondern zellschützende und/oder entzündungshemmende Mechanismen aktiviert. Man nimmt inzwischen an, dass Zellen, statt zu sterben, durch Überlebensfaktoren über die kritische Phase gerettet werden und so, beispielsweise bei einem Herzinfarkt, die Narbenbildung reduzieren.
2.1.3 Genetische und epigenetische Veränderungen bei adulten Stammzellen Unter Epigenetik versteht man die chemischen Modifikationen von DNA-Molekülen, wobei deren Basensequenz jedoch konstant bleibt. Durch die Modifikation der DNA und/oder der Histon-Proteine kann der genetische Informationsfluss beeinflusst werden. Epigenetische Änderungen können die Aktivität von Genen und somit auch die Funktionen von Stammzellen beeinflussen und ihr Entwicklungspotenzial beziehungsweise ihre Plastizität einschränken. Solche epigenetischen Veränderungen können durch eine Anzahl von Faktoren hervorgerufen werden: – intrinsische Faktoren (zum Beispiel Expression von Adhäsionsmolekülen, Telomerlänge oder Expression von Zytokin-Rezeptoren, die Aktivität der Stammzellen und ihr Zellzyklus-Status), 25
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001 – extrinsische Faktoren (zum Beispiel Mikroumgebung der Stammzellen und Signalmoleküle), – die Art der Gewebeschädigung (chemisch, physikalisch, mechanisch) und – die Transplantationsmethode. Die Auswirkung epigenetischer Veränderungen in adulten Stammzellen soll hier am Beispiel mesenchymaler Stammzellen exemplarisch dargestellt werden. Multipotente mesenchymale Stammzellen werden durch Kultivierungsverfahren gewonnen und vermehrt. In Studien wurde die Heterogenität mesenchymaler Stammzellen nachgewiesen, wonach nur etwa ein Drittel der mesenchymalen Stammzell-Klone multipotent waren, während die übrigen Zellen eine begrenzte Entwicklungsfähigkeit zeigten. Offenbar werden während der Zellkultur durch genetische (Mutationen) wie epigenetische Veränderungen (Änderungen der
Erläuterung 4: Was versteht man unter Epigenetik? Der Begriff Epigenetik bezeichnet eine Möglichkeit der Beeinflussung des genetischen Informationsflusses, die durch Modifikation von DNA und/oder Histon-Proteinen erfolgt, bei der die Basensequenz der DNA konstant bleibt, aber die Aktivität der kodierenden Gene beeinflusst wird. Für diese epigenetische Regulation sind zwei Komponenten von Bedeutung, die DNA und die Histon-Proteine des Chromatingerüstes eines Chromosoms, um das die DNA gewickelt ist. Durch chemische Modifikation dieser Zielstrukturen können Gen-Orte dem Einfluss von Transkriptionsfaktoren eröffnet oder verschlossen werden. Zu diesen Modifikationen zählen die Methylierung (das heißt meist Inaktivierung) von DNA-Sequenzen beziehungsweise die Acetylierung, Methylierung oder Phosphorylierung von bestimmten Aminosäuren der HistonProteine. Die epigenetischen Modifikationen von DNA und Histonen sind eng aufeinander abgestimmt und hochspezifisch reguliert. Vererbte oder erworbene Fehler in der epigenetischen Regulation können ebenso zur Entstehung von Krankheiten führen wie Mutationen der Erbinformation. So schätzt man, dass etwa 15 Prozent aller Fehler im genetischen Programm von Tumorzellen auf einer Störung epigenetischer Steuerprogramme beruhen. Zu den Sonderformen epigenetischer Regulation zählt die X-Chromosom-Inaktivierung. Da Frauen im Gegensatz zu Männern zwei X-Chromosomen aufweisen, werden zur Dosiskompensation etwa 80 Prozent der Gene eines der beiden weiblichen X-Chromosomen in der frühen Blastogenese inaktiviert. Auch die sogenannte genetische Prägung (Imprinting) wird epigenetisch reguliert. Darunter versteht man, dass bei circa 200 Genen unseres Genoms die elterliche Herkunft darüber entscheidet, ob ein Gen aktiv ist oder nicht. Einige Gene sind nur aktiv, wenn sie von der Mutter abstammen (die väterliche Kopie ist stumm), bei anderen Genen verhält es sich umgekehrt. Diese epigenetischen Muster von Genaktivitäten werden nach der Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben. Wird der Zellkern einer adulten, differenzierten Körperzelle isoliert und in eine entkernte Eizelle transferiert (somatischer Kerntransfer), so wird das epigenetisch modifizierte, hoch spezialisierte Programm des adulten Zellkerns durch noch weitgehend unbekannte Bestandteile der Eizelle umprogrammiert und kann das genetische Muster einer befruchteten Eizelle annehmen. Die Prinzipien und verantwortlichen Faktoren dieser Reprogrammierung sind Gegenstand der Forschung. Eine fehlerhafte oder unvollständige Reprogrammierung ist unter anderem für die bislang geringe Effizienz des somatischen Kerntransfers verantwortlich.
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2.2 Humane embryonale Stammzellen (HES-Zellen) Genexpression) bestimmte Phänotypen selektiert. Die Folge ist ein Verlust von Multipotenz, aber auch die mögliche Gefahr, dass Tumorzellen entstehen. Die Aufklärung der grundlegenden Mechanismen der epigenetischen Regulation und ihrer Beziehung zum Phänomen der Differenzierungsfähigkeit von Stammzellen wird entscheidend zum Verständnis der Stammzellbiologie und zur therapeutischen Nutzung von Stammzellen beitragen. Dazu sind Untersuchungen an adulten und embryonalen Stammzellen erforderlich.
2.1.4 Tumorbildung durch adulte Stammzellen Während es bis vor kurzem als gesichert galt, dass adulte Stammzellen im Gegensatz zu HES-Zellen kein Tumorrisiko darstellen, wurde inzwischen gezeigt, dass auch adulte Stammzellen unter bestimmten Bedingungen Tumoren auslösen können (Clarke and Becker, 2006). So führte die chronische Infektion mit Helicobacter felis (einem bakteriellen Verursacher von Tumoren) im Magen von Mäusen dazu, dass die körpereigenen Knochenmarkstammzellen Tumoren bildeten (Houghton et al., 2004). Tatsächlich besteht eine große Ähnlichkeit zwischen Tumor- und Stammzellen. Das Wachstum beider wird über jeweils ähnliche Signalwege reguliert. Genetische oder epigenetische Veränderungen können dazu führen, dass sich eine Zelle nicht mehr kontrolliert wie eine Stammzelle verhält, sondern zur Tumorzelle wird (Al Hajj et al., 2004; Trounson, 2004; Yilmaz et al., 2006; Zhang et al., 2006; Rossi and Weissman, 2006). Diese genetischen und epigenetischen Veränderungen können sowohl in vivo als auch nach Zellkultivierung in vitro auftreten. So kann die permanente Telomerase-Expression in mesenchymalen Stammzellen nach längerer in vitroKultur zu Gendeletionen und zu einem epigenetischen „silencing“ eines TumorSuppressor-Gens führen (Burns et al., 2005). Aus dem Fettgewebe isolierte mesenchymale Stammzellen, die sich im Verlauf von acht Monaten in Kultur circa 90- bis 140-mal geteilt hatten, lösten nach Injektion in Versuchstieren Krebs aus (Rubio et al., 2005).
2.2 Humane embryonale Stammzellen (HES-Zellen)
Seit Inkrafttreten des Stammzellgesetzes 2002 sind weltweit aus mehreren hundert Embryonen – erzeugt durch in vitro-Befruchtung – mindestens 80 vermehrungsfähige HES-Linien etabliert worden (Hoffman and Carpenter, 2005). Weiterhin ist gezeigt worden, dass HES-Zellen unter standardisierten Bedingungen etabliert, kultiviert und kryokonserviert werden können. HES-Zellen können 27
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001 außerdem genetisch modifiziert und in verschiedenste spezialisierte und funktionelle Zellen differenziert werden (Übersicht bei Wobus and Boheler, 2005). Nach neuen Befunden konnten murine ES-Zellen dazu veranlasst werden, sich in hochreine neurale Zellpopulationen zu differenzieren, die keine undifferenzierten Zellen mehr enthalten und keine Tumoren auslösten (Conti et al., 2005). Eine Konsequenz aus diesen Befunden ist, dass der Einstieg in klinische Studien zum potenziellen therapeutischen Einsatz von HES-Zellen eine Möglichkeit geworden ist. So hat die Firma Geron (San Diego, USA) die Beantragung einer klinischen (Phase 1) Studie mit HES-Zellen bei Patienten mit Rückenmarksverletzungen an die FDA angekündigt (www.isscr.org/science/ asiapacific.htm; erneuert in www.newscientist.com, Ausgabe vom 17. 6. 2006). Andere Forscher betrachten die Aufnahme von klinischen Studien mit HES-Zellen zum gegenwärtigen Zeitpunkt als verfrüht.
2.2.1 Kontamination durch tierische Produkte und Viren Im August 2001 waren 78 HES-Linien bekannt, die in einem Register der National Institutes of Health (NIH) registriert wurden. Gemäß der Stichtagsregelung des geltenden Stammzellgesetzes können nur diese Linien nach Deutschland eingeführt werden. Nur 22 dieser registrierten Zelllinien aber konnten bisher erfolgreich in vitro vermehrt werden (aktueller Stand siehe http://escr.nih.gov/). Sie alle wurden in Anwesenheit von tierischen Nährzellen und fötalem Rinderserum kultiviert und nehmen durch diese Kultivierungsbedingungen nachweisbar tierische Sialinsäure-Moleküle auf. Gegen solche Moleküle haben die meisten Menschen Antikörper entwickelt, nach Transplantation würden derartig kontaminierte Zellen zu Abstoßungsreaktionen führen (Martin et al., 2005). Zusätzlich besteht potenziell die Gefahr einer Übertragung von murinen Retroviren durch die Ko-Kultur von HES-Zellen mit Mäuse-Nährzellen, obwohl dies experimentell bislang nicht nachgewiesen wurde (Amit et al., 2005). Eine Ände" Abbildung 2 Abgeleitete HES-Linien (Stichtag 1. Januar 2006) Die Daten stammen aus dem NIH Registry, den in der Datenbank PubMed geführten wissenschaftlichen Journalen sowie zusätzlichen Informationsquellen wie Internet, Präsentationen auf wissenschaftlichen Fachtagungen und Pressemeldungen. Es ist zu beachten, dass bislang nur ein Teil der betroffenen Zelllinien in wissenschaftlichen Fachzeitschriften publiziert wurde. Die geografische Herkunft der 144 Zelllinien des „Reproductive Genetics Institute“, zu beziehen über „STEMRIDE International Ltd.“ (als „nicht zugeordnet“ bezeichnet), war nicht öffentlich zugänglich und entsprechend nicht zu ermitteln. HES-Linien von „ES Cell International“ wurden Australien zugeordnet. Es wird darauf hingewiesen, dass die von Hwang in den Jahren 2004 und 2005 beschriebenen Stammzelllinien keinen Eingang in diese Zusammenstellung gefunden haben (nach Guhr et al., Stem Cells 2006, 24(10): 2187-2191, AlphaMed Press). A. Gesamtanzahl der Zelllinien, sortiert nach Herkunftsland. B. Zelllinien oder Arbeiten mit letzteren, die in Fachzeitschriften mit Peer Review-Verfahren veröffentlicht wurden.
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2.2 Humane embryonale Stammzellen (HES-Zellen)
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2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001 rung der spezifischen Kulturbedingungen ist nicht ohne Weiteres möglich, da die Zellen an diese Wachstumsbedingungen adaptiert sind. Inzwischen wurden weltweit neue HES-Linien unter deutlich verbesserten Kulturbedingungen etabliert (Cowan et al., 2004), und zwar mit humanen Nährzellen unter serumfreien Bedingungen (Genbacev et al., 2005) beziehungsweise vollständig ohne Nährzellen (Klimanskaya et al., 2005; Hovatta and Skottman, 2005; Hoffman and Carpenter, 2005). Eine Übersicht über die Anzahl der publizierten HES-Linien gibt Abbildung 2. Insgesamt werden in den oben dargestellten Abbildungen 414 HES-Linien genannt, von denen 204 in Fachjournalen beschrieben wurden. Im „International Stem Cell Forum“ (www.stemcellforum.org) sind etwa 150 Zelllinien aufgeführt, von denen 80 sehr gut charakterisiert sind. Viele dieser Stammzelllinien sind aus „überzähligen“ IVF-Embryonen etabliert worden. HES-Linien, die frei von Kontaminationen mit tierischen Proteinen sind, sind eine unabdingbare Voraussetzung für mögliche therapeutische Anwendungen. Die nach der Stichtagsregelung des Stammzellgesetzes nach Deutschland eingeführten Linien erfüllen diese Anforderungen nicht und wären für einen klinischen Einsatz also nicht geeignet. Die Anzahl der Wissenschaftler, die mit neu etablierten HES-Linien arbeiten, steigt ständig (siehe Abbildung 3). Deutsche Wissenschaftler sind damit von einer Zusammenarbeit in entsprechenden internationalen Forschungsprojekten, deutsche Firmen von der Entwicklung neuer Zelltherapieprodukte definitiv ausgeschlossen.
2.2.2 Einschränkungen bei importierten HES-Linien Nach den EU-Richtlinien zur Verwendung von Zellen und Geweben für therapeutische Anwendungen (Richtlinien 2003/94/EC; 2004/23/EC) müssen Zellen und damit auch HES-Zellen grundsätzlich die Anforderungen an gute Laborund Herstellungspraxis (Good Laboratory Practice, GLP; Good Manufacturing Practice, GMP) erfüllen. Die Zellen müssen bereits bei der Etablierung nach standardisierten Verfahren unter keimfreien Bedingungen gezüchtet werden. Diese Kriterien werden von den in Deutschland verfügbaren HES-Linien des NIH-Registers nicht erfüllt. Das heißt, mit den zur Verfügung stehenden HESLinien sind angewandte Forschungsarbeiten, die auf einen klinisch-therapeutischen Einsatz ausgerichtet sind, nicht gemäß der EU-Vorschriften durchzuführen. Im Gegensatz dazu sind in der britischen Stammzellbank des „International Stem Cell Forums“ über 80 sehr gut charakterisierte Zellen deponiert (www.stemcellforum.org; Andrews et al., 2005 a), die nicht einführbar sind, da sie nach dem in Deutschland geltenden Stichtag etabliert wurden.
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2.2 Humane embryonale Stammzellen (HES-Zellen)
Abbildung 3 Publikationen mit verschiedenen HES-Linien Anteil der NIH-zugelassenen (Rauten) und anderen (Quadrate) HES-Linien an der Gesamtverwendung und/oder den Gesamtableitungen von HES-Linien bezogen auf publizierte Arbeiten zwischen 2002 und 2005. Die Verwendung klonaler Abkömmlinge der NIH-zugelassenen HES-Linien H1, H9 und SA002 wurden den NIH-zugelassenen Zelllinien zugerechnet (nach Guhr et al., Stem Cells 2006, 24(10): 2187-2191, AlphaMed Press).
2.2.3 Heterogenität von HES-Linien Eine Möglichkeit, Aussagen über die Eigenschaften von ES-Zellen zu machen, ist die Analyse des sogenannten Transkriptoms. Das Transkriptom ist ein spezifisches Muster an aktiven Genprodukten einer Zelle in Form von RNA, sozusagen ein Fingerabdruck der lebenden Zelle. Einerseits verfügen ES-Linien verschiedener Spezies über charakteristische stammzellspezifische Transkripte (wie Oct4, Nanog und hohe Telomerase-Aktivität), andererseits kann man aber auch Unterschiede zwischen den Spezies feststellen. Dieser Umstand zeigt die Notwendigkeit der Forschung an verschiedenen Spezies, da Rückschlüsse vom Tiermodell auf den Menschen nur begrenzt möglich sind. Vergleicht man nun das Transkriptom von verschiedenen HES-Linien des NIH-Registers, dann zeigt sich, dass jede HES-Linie ihr eigenes charakteristisches Expressionsmuster hat. Verschiedene Zelllinien weisen also unterschiedliche RNA-Transkripte auf; beziehungsweise Transkripte, die in allen Linien nachgewiesen wurden, zeigen Unterschiede in der Stärke der Expression (Abeyta et al., 2004; Bhattacharya et al., 2004). Darüber hinaus exprimiert der größte Teil der untersuchten HES-Linien auch Markergene von differenzierten 31
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001 Zellen. Diese Befunde können entweder auf genetischer Variabilität beruhen oder sie sind auf die unterschiedlichen Differenzierungs- oder Entwicklungsstadien (Wobus and Boheler, 2005) beziehungsweise auf die angewandten unterschiedlichen Isolierungs- und Kultivierungsbedingungen zurückzuführen. In jedem Fall zeigen diese Beobachtungen, dass die untersuchten, vor dem Jahr 2002 etablierten HES-Linien des NIH-Registers heterogen sind, was darauf hinweisen könnte, dass sie auch ein unterschiedliches Differenzierungspotenzial besitzen. Solche nicht standardisierten HES-Linien wären für den klinischtherapeutischen Einsatz auch daher nur bedingt geeignet.
2.2.4 Genetische und epigenetische Veränderungen bei HES-Linien Epigenetische Prozesse, wie Histonacetylierung, DNA-Methylierung sowie andere Veränderungen der Chromatinstruktur, die sich nicht auf die Sequenz des Genoms auswirken, sind abhängig vom Zellzyklus, reversibel und können das Schicksal der Zellen durch nachfolgende Transkriptionsregulation oder -veränderung beeinflussen (siehe Kasten Erläuterungen 4; Cerny and Quesenberry, 2004). Auch für das Entwicklungspotenzial von HES-Zellen spielen genetische und epigenetische Faktoren eine wichtige Rolle. So können Kultivierungsbedingungen, Serumgaben oder -entzug im Nährmedium oder ungeeignete Wachstumsfaktoren zu genetischen und epigenetischen Veränderungen der Zellen führen. Dass diese Faktoren die HES-Zellen beeinflussen, zeigt sich im Vergleich später Zellpassagen gegenüber früheren Zellpassagen. So wiesen acht von neun HES-Zellen einer späten Kulturpassage im Vergleich zu Zellen einer frühen Kulturpassage Gen- und Chromosomenmutationen und epigenetische Veränderungen auf (Maitra et al., 2005). Eine Analyse von fünf HES-Linien (H1, H2, H9, BG02, Cyt25) ergab, dass sie auch bezüglich der Muster der X-chromosomalen Inaktivierung heterogen sind (Hoffman et al., 2005). Diese Befunde belegen, dass späte Kulturpassagen, wie sie HES-Linien aus dem NIH-Register repräsentieren, für bestimmte Fragen der Grundlagenforschung sowie therapeutische Einsätze möglicherweise ungeeignet sind und dass es notwendig erscheint, Zellbanken von frühen Passagen anzulegen, auf die man jederzeit zurückgreifen kann.
2.2.5 Tumorbildung durch HES-Linien Seit langem ist bekannt, dass undifferenzierte ES-Zellen nach Transplantation Tumoren bilden können (Damjanov, 1993). Dieses Phänomen trifft auch für HES-Zellen zu (Thomson et al., 1998; Thomson and Marshall, 1998). Grundlage dieser Tumoren ist nicht wie bei Krebserkrankungen eine primäre neoplastische 32
2.2 Humane embryonale Stammzellen (HES-Zellen) Transformation auf genomischer Ebene. Vielmehr handelt es sich um das natürliche Bestreben dieser Zellen, sich in frühe embryonale Gewebe weiterzuentwickeln. Entsprechend bilden sie – ähnlich wie bei der Embryoidkörperbildung in vitro – spontan Zelltypen aller drei Keimblätter. Im Gegensatz zur normalen Embryonalentwicklung läuft dieser Prozess jedoch unkontrolliert ab. Die dabei entstehenden Tumoren werden als Teratome bezeichnet. Kommt es zu einer unkontrollierten Proliferation der undifferenzierten Zellen, spricht man auch von Teratokarzinomen. Ursächlich hierfür können während der Langzeitkultivierung von ES-Zellen erworbene genetische Aberrationen sein (Andrews et al., 2005 b). Die Entstehung von Teratomen beziehungsweise Teratokarzinomen stellt eines der Hauptrisiken der Transplantation ES-zellabgeleiteter somatischer Zellen dar. Bereits eine geringfügige Verunreinigung ES-zellabgeleiteter gewebespezifischer Vorläuferzellen mit undifferenzierten ES-Zellen kann nach Transplantation zur Tumorentstehung führen. ES-zellabgeleitete Teratome wurden sowohl in Maus-Maus-Transplantaten als auch in Xenotransplantaten beobachtet (Brüstle, 1997; Erdo et al., 2003). Für therapeutische Transplantate sind deshalb stringente Differenzierungs- und Selektionsprotokolle erforderlich, die zu einer Elimination potenziell tumorigener undifferenzierter ES-Zellen in den Spenderzellpopulationen führen (Glaser et al., 2005; Dihné et al., 2006; Klein et al., 2006).
2.2.6 HES-Linien für die Therapie Aussichtsreich erscheint der Einsatz von humanen ES-Zellen (HES-Zellen) besonders bei solchen Geweben, die beim erwachsenen Menschen nur ein sehr eingeschränktes oder gar fehlendes Regenerationsvermögen aufweisen. Dies trifft vor allem für das Nervensystem sowie für Herzmuskelzellen zu. Im Tierversuch wurde der Ersatz von Herzgewebe durch HES-Zellderivate bereits getestet (Kehat et al., 2004; Xue et al., 2005; Laflamme and Murry et al., 2005). Damit kommt den aus HES-Zellen entwickelten Kardiomyozyten eine potenzielle Bedeutung für die Behandlung bestimmter Formen der Herzinsuffizienz zu. Studien der Firma Geron haben gezeigt, dass Oligodendrozyten aus HESZellen (Linie H1) nach Transplantation in Tiermodelle für Rückenmarksverletzungen neue Neuronen mit Myelinscheiden bilden, die zu einer signifikanten Verbesserung der Bewegungsfähigkeit führen – offenbar ohne Tumore auszulösen. Sie hoffen nun, eine klinische (Phase 1) Studie mit HES-Zellen bei Patienten mit Rückenmarksverletzungen durchzuführen. Ein weiterer, therapeutisch vielversprechender Weg ist die in vitro-Differenzierung insulinbildender Zellen zur Behandlung des Diabetes mellitus, auch wenn hier noch große Forschungsanstrengungen zu leisten sind (Bonner-Weir and Weir, 2005).
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2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001
2.2.7 HES-Linien als Krankheitsmodelle Um Krankheiten des Menschen zu verstehen, arbeiten Wissenschaftler in der Regel zunächst mit geeigneten Tiermodellen. Experimente an Tieren sind die Voraussetzung sowohl für die Entwicklung als auch für die Evaluation von Genund Zelltherapien. Mögliche Therapien müssen dann jedoch an menschlichen Zellen evaluiert werden. Hier ermöglichen HES-Zellen die Untersuchung von zellulären Entwicklungs- und Differenzierungsprozessen des Menschen in vitro. HES-Zellen bieten darüber hinaus die Möglichkeit, Entwicklungsprozesse von Krankheiten auf zellulärer Ebene zu analysieren, beispielsweise wenn Zelllinien von solchen Embryonen etabliert werden, die genetische Defekte tragen, die die Ursache bestimmter Krankheiten sind. Neue, nach dem Stichtag (1. Januar 2002) etablierte HES-Linien stehen inzwischen als Modellsysteme für die Untersuchung der Thalassämie, der Huntingtonschen Erkrankung, der Muskeldystrophie und anderer genetischer Krankheiten zur Verfügung (siehe Tabelle 2; Verlinsky et al., 2005). Diese und andere neu etablierte HES-Linien (siehe Kapitel 2.2.1) dürfen nach dem Stammzellgesetz nicht nach Deutschland eingeführt werden, was die Erforschung von Krankheitsursachen sowie die Entwicklung von diagnostischen und therapeutischen Verfahren mit diesen krankheitsspezifischen HES-Zellen in Deutschland ausschließt.
Tabelle 2 Krankheitsspezifische HES-Linien, die aus Embryonen von Trägern humangenetischer Krankheiten etabliert wurden (nach Verlinsky et al., 2005) Erkrankung
Oozyten/Embryonen
Anzahl HES-Linien
10
1
Thalassämie (beta locus) (Cd 39/N) Autosomal rezessiver Erbgang Thalassämie (beta locus) (619 bp DEL/N) Autosomaler Erbgang
9
1
Fanconi-Anämie (Komplementationsgruppe A)
7
1
Myotone Dystrophie DM1 (Vererbung maternal)
4
2
Huntingtonsche Krankheit (Vererbung maternal)
15
2
Huntingtonsche Krankheit (Vererbung paternal)
7
1
Marfan-Syndrom
18
1
Neurofibromatose (Typ 1)
16
5
Adrenoleukodystrophie
3
1
22
1
Muskeldystrophie (Becker-Typ)
8
1
Muskeldystrophie (Duchenne-Typ)
3
1
122
18
„Fragile site mental retardation“ 1
Gesamt Oozyten: Eizellen
34
HES: Humane embryonale Stammzellen
2.3 Somatischer Kerntransfer (NT) und Reprogrammierung
2.3 Somatischer Kerntransfer (NT) und Reprogrammierung
In der Forschung an Tieren ist die Kerntransfertechnik in den vergangenen Jahren weiterentwickelt worden und in diversen Fällen zum Einsatz gekommen. So sind nach dem Klonschaf Dolly in den vergangenen Jahren unter anderem Rind, Schwein, Ziege, Maus, Katze, Kaninchen und Hund über das NT-Verfahren geklont worden (Hipp and Atala, 2004). Bedenken, dass Klontiere verkürzte Telomere und damit auch eine geringere Lebenserwartung aufweisen, sind nach den heutigen Befunden nicht mehr gerechtfertigt. Das Enzym Telomerase wird im frühen Embryo (Morula/Blastozysten-Stadium) exprimiert und normalisiert nach dem Kerntransfer die Telomerlänge, auch wenn die somatische Donorzelle selbst verkürzte Telomerenden aufwies (Lanza et al., 2000; Schaetzlein et al., 2004). Die Kerntransfertechnik als potenzielle Strategie für die Behandlung von Krankheiten wurde am Mausmodell demonstriert (RAG2, Rideout et al., 2002). Es ist Ziel verschiedener Arbeitsgruppen, auch patienteneigene NT-HES-Zellen für die Zelltherapie zu generieren (siehe Abbildung 1). Die von der Gruppe um Woo Suk Hwang publizierten Arbeiten über die Herstellung von mehreren patienteneigenen NT-HES-Linien stellten sich dagegen als Fälschungen heraus (Hwang et al., 2004, 2005). Neben HES-Linien, die von Embryonen mit genetischen Defekten abgeleitet wurden (siehe Tabelle 2), versuchen mehrere Forschergruppen in Europa und weltweit momentan, NT-ES-Linien für die Krankheitsforschung zu etablieren. Es ist daran gedacht, an diesen Zelllinien, wie auch an den bereits existierenden Linien, die molekularen Mechanismen der Krankheitsentstehung sowie die Wirkung einer medikamentösen Beeinflussung der gestörten Prozesse zu studieren.
Erläuterung 5: Telomere Telomere sind die natürlichen Chromosomenenden und schützen diese vor Instabilität. Bei jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere. Sie sind also ein Maß für die Zellalterung (Seneszenz), und bei Erreichen eines kritischen Minimums kommt es zum Zelltod.
35
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001
2.4 Neue Möglichkeiten der Stammzellgewinnung
2.4.1 Reprogrammierung von Körperzellen ohne Verwendung menschlicher Eizellen Nach dem momentanen Stand der Technik werden für das Anlegen von humanen NT-ES-Linien große Mengen an Eizellen benötigt. Um die Verwendung von Eizellen zur Reprogrammierung von Zellkernen zu umgehen und die damit einhergehenden ethischen Bedenken auszuräumen, wurden alternative Verfahren zur Reprogrammierung von Körperzellen in ersten Experimenten modellhaft erprobt (siehe Tabelle 3). So wurden für die Reprogrammierung mit adulten Zellkernen Eizellen anderer Spezies – zum Beispiel Frosch (Byrne et al., 2003), Kaninchen (Chen et al., 2003) oder Rind (Chang et al., 2003) – eingesetzt. Kerne adulter menschlicher Körperzellen wurden beispielsweise durch Eizellen von Kaninchen reprogrammiert und daraus HES-Zellen generiert, die sich in vitro in verschiedene differenzierte Zellen entwickelten (Chen et al., 2003). In den meisten Fällen ging die Entwicklung jedoch nicht über das Acht-Zell-Stadium hinaus, wobei die Ursachen in der Inkompatibilität des (tierischen) mitochondrialen Genoms mit dem Kerngenom der menschlichen Körperzelle liegen könnten. Weiterhin besteht auch hier die potenzielle Gefahr der xenogenen Kontamination durch tierische Gene oder Zellen. Die erfolgreiche Differenzierung von ES-Zellen der Maus in eizellartige Zellen (Hübner et al., 2003) verspricht – wenn es gelingt, die Methode auf HES-
Tabelle 3 Reprogrammierung von adulten somatischen Zellen Referenz Enukleierte Eizellen von Krallenfröschen (Xenopus)
Byrne et al., 2003
Enukleierte Eizellen von Säugern (Kaninchen oder Rind)
Chen et al., 2003; Chang et al., 2003
Eizellen entwickelt aus ES-Zellen nach in vitroDifferenzierung
Hübner et al., 2003
ES-Zellen mit Zellkern
Do and Schöler, 2004
Zytoplasma von pluripotenten ES-Zellen
Solter, 1999; Tada et al., 2001
Fusion mit enukleierten HES-Zellen („stembrids“)
Strelchenko and Verlinski, 2004
Fusion von HES-Zellen
Cowan et al., 2005
Dedifferenzierungsfaktoren aus dem Eizellplasma von Vertebraten
Gonda et al., 2003
Parthenogenetisch hergestellte Eizellen
Hipp and Atala, 2004; Roh et al., 2003
Eizellen aus Abort- oder Operationsmaterial
Shaw and Trounson, 2002
36
2.4 Neue Möglichkeiten der Stammzellgewinnung Zellen zu übertragen – eine Reprogrammierung von Zellkernen adulter Körperzellen mit in vitro entwickelten „Eizell“-Stadien. Ob beziehungsweise inwieweit sich jedoch solche reprogrammierten Zellen wiederum zu adulten somatischen Zellen entwickeln könnten, ist bislang nicht gezeigt worden. Darüber hinaus könnten pluripotente HES-Zellen selbst anstelle von Eizellen für die Reprogrammierung von adulten Zellen eingesetzt werden (Solter, 1999). In ersten Versuchen mit Mauszellen wurde gezeigt, dass neurale Vorläuferzellen durch Zellkerne von murinen ES-Zellen reprogrammiert werden (Do and Schöler, 2004). Kürzlich ist die Reprogrammierung adulter Körperzellen durch die Fusion mit HES-Zellen gezeigt worden (Cowan et al., 2005). Die Hybridzellen, auch als „stembrids“ bezeichnet (Strelchenko and Verlinski, 2004), mit einem tetraploiden Chromosomensatz beider Elternzellen verhielten sich wie ES-Zellen und differenzierten in Derivate aller drei Keimblätter (Cowan et al., 2005). Für eine zelltherapeutische Verwendung müssten die überflüssigen Chromosomen allerdings wieder entfernt werden. Deshalb dient das Verfahren derzeit vorwiegend als Modellsystem zur Untersuchung von Mechanismen der Reprogrammierung. In einer Studie wurde weiter gezeigt, dass multipotente Stammzellen, die aus der Haut von Schweineföten isoliert wurden, auch Zellen bilden können, die große Ähnlichkeit mit Oozyten haben (Dyce et al., 2006). Es ist denkbar, dass es sich um zirkulierende Stammzellen handelt, etwa um die, die von Johnson et al. (2005) als Vorläufer für Keimzellen in Ovarien postuliert wurden. Multipotente Stammzellen konnten auch aus der Haut von Menschen und Mäusen isoliert werden (Toma et al., 2005), allerdings muss erst noch gezeigt werden, dass sie ebenfalls oozytenähnliche Zellen bilden können. Es ist jedoch ungewiss, ob sich diese oozytenähnlichen Zellen befruchten lassen und sich die Zygoten zu Embryonen entwickeln können (Schöler and Wu, 2006). Die ideale Alternative zum Einsatz von menschlichen Eizellen wäre indes, die Reprogrammierungsfaktoren aus den Eizellen direkt zu isolieren und für die Reprogrammierung somatischer Zellen einzusetzen. Zumindest im tierischen System ist gezeigt worden, dass dies prinzipiell erfolgreich sein kann (Gonda et al., 2003; siehe Tabelle 3). An der Erforschung der Reprogrammierungsprozesse nach Kerntransfer wird weltweit intensiv gearbeitet. Hierzu zählen grundlegende Arbeiten, wie die Untersuchung der potenziellen genetischen und epigenetischen Modifikationen von NT-HES-Zellen während der in vitro-Kultur und -Differenzierung, die Analysen zum Einfluss des Alters der somatischen Zellen auf die Reprogrammierung oder zur Auswirkung der mitochondrialen Genexpression auf die immunologische Kompatibilität von NT-HES-Zellen.
37
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001
2.4.2 Gewinnung von depotenzierten Kerntransfer-ES-Zellen (ANT-Stammzellen) Eine der großen ethischen Hürden bei der Klonierung von ES-Zellen über Kerntransferverfahren ist die Erzeugung einer prinzipiell totipotenten Blastozyste, die sich theoretisch zu einem Embryo entwickeln könnte. Kürzlich gelang es Meissner und Jaenisch (2006), diesen kritischen Punkt durch genetische Modifikation der Spenderzellen für den Kerntransfer zu umgehen. Sie unterdrückten ein für die Weiterentwicklung des Keims relevantes Gen (Cdx2) und erreichten so, dass die über dieses Verfahren entwickelten Blastozysten wegen fehlender Implantationsfähigkeit (trophektodermales und damit plazentares Gewebe wird nicht mehr gebildet) nicht mehr als totipotent einzustufen sind. Trotzdem sind aus ihnen ES-Zellen zu gewinnen, denn das „ausgeschaltete“ Gen, das auch für andere Entwicklungsprozesse relevant ist, lässt sich zu einem späteren Zeitpunkt wieder aktivieren – jedoch ohne dass hierbei ein totipotentes Stadium erzeugt wird.
Abbildung 4 Gewinnung von ANT-Stammzellen Nach Ausschalten des Cdx2-Gens in einer Körperzelle kann der so veränderte Zellkern entnommen und in eine zuvor entkernte Eizelle übertragen werden. Aus der sich entwickelnden Blastozyste können durch Entnahme der inneren Zellmasse embryonale Stammzellen gewonnen werden, in denen das Cdx2-Gen wieder aktiviert werden kann. Die ANT-Blastozyste selbst ist wegen des ausgeschalteten Cdx2-Gens nicht in der Lage, sich in eine Gebärmutter einzunisten, da sich kein Trophektoderm entwickeln kann, sodass keine Embryonalentwicklung stattfindet.
38
2.4 Neue Möglichkeiten der Stammzellgewinnung Einschränkend sei jedoch erwähnt, dass das von Meissner und Jaenisch entwickelte Verfahren zwar die Gewinnung von NT-ES-Linien ohne Erzeugung eines totipotenten Stadiums gestattet, die Methode jedoch durch zusätzliche genetische Modifikationen zur Inaktivierung und späteren Reaktivierung des relevanten Gens belastet ist. Inwieweit dieses Verfahren über die prinzipielle Vorklärung („proof of concept“) hinaus auf die breite Gewinnung krankheits- beziehungsweise patientenspezifischer ES-Linien anwendbar ist, kann gegenwärtig noch nicht beurteilt werden.
2.4.3 Gewinnung von HES-Linien aus „Stammzell-Kugelhaufen“ Unter Vorkernstadien werden Eizellen verstanden, die zwar befruchtet wurden, deren Chromosomensätze jedoch noch nicht fusioniert sind. Diese Vorkernstadien gelten nach deutschem Recht nicht als Embryonen; in Tiefkühltruhen von Befruchtungskliniken sind viele dieser nach künstlichen Befruchtungen entstandenen Zellen eingelagert. Es gibt Verfahren, die die Gewinnung von ESZellen aus Vorkernstadien zulassen, ohne dass im engeren Sinne Embryonen entstehen. Dabei können in die Vorkernstadien kleine Genfragmente eingeschleust werden, die die Aktivität bestimmter Gene modifizieren, ohne das Erbgut zu verändern. Mit diesem biotechnologischen Verfahren, der InterferenzRNA-Technik, kann beispielsweise gezielt das Gen Cdx2 abgeschaltet werden. Dieses Gen ist natürlicherweise bereits vor der Verschmelzung der Vorkerne aktiv und ist notwendig, damit sich der Embryo in der Gebärmutter einnisten kann. Werden jedoch Genfragmente gegen Cdx2 eingeschleust, bleibt das Gen stumm – auch nach der Verschmelzung der beiden Vorkerne – und wird auch nicht mehr aktiv. Da es sich bei Cdx2 um einen Transkriptionsfaktor handelt, wird gleichzeitig die Aktivität zahlreicher weiterer Gene, die für eine normale Embryonalentwicklung unabdingbar sind, reduziert. Dies konnte durch die Analyse des gesamten Genoms der Maus gezeigt werden. Die frühen Gebilde werden „Stammzell-Kugelhaufen“ oder „PluripotenzBälle“, die späteren „Stammzell-Zysten“ genannt. Es handelt sich um Kunstgebilde, die vermutlich nicht entwicklungsfähig sind (pers. Mitteilung Hans R. Schöler), die aber eine Stammzellquelle darstellen können. Aus ihnen können etwa 50 Prozent mehr embryonale Stammzellen gewonnen werden als aus den Embryonen.
39
2 Naturwissenschaftlicher Erkenntnisfortschritt seit 2001
2.4.4 Gewinnung von HES-Zellen aus entwicklungsunfähigen IVF-Embryonen Eine weitere Alternative zur Verwendung von menschlichen IVF-Embryonen für die Etablierung von HES-Zellen wurde von Landry und Zucker (2004) vorgeschlagen. Nach dieser Strategie sollen HES-Zellen aus nicht lebensfähigen, das heißt in ihrer Entwicklung arretierten, Embryonen etabliert werden. Die Autoren schätzen, dass sich circa 60 Prozent der kryokonservierten IVF-Embryonen in diesem Stadium („arrested development“) befinden. Allerdings existiert derzeit kein Testverfahren, mit dem eindeutig nachgewiesen werden kann, ob ein menschlicher Embryo tatsächlich noch entwicklungsfähig ist. Unklar ist ebenso, ob sich derartige Embryonen zur Etablierung von HES-Zellen eignen würden.
2.4.5 Parthenogenetische embryonale Stammzellen Für manche Säugetiere wurde unter bestimmten experimentellen Voraussetzungen nachgewiesen, dass unbefruchtete Eizellen, das heißt Eizellen, die nur einen einzigen weiblichen Kern und keine männliche genetische Information enthalten, frühe Entwicklungsstadien durchlaufen können (Rougier and Werb, 2001). Dieses Phänomen bezeichnet man als Parthenogenese oder Jungfernzeugung (siehe Kasten Erläuterung 6). Sind die resultierenden Embryonen haploid, so sterben sie – wie Experimente an der Maus zeigten – bereits vor der Einnistung in den Uterus ab (Kaufman and Gardner, 1974). Sind sie diploid, sterben sie später ab, sie können sich offenbar bis zum 25-Somiten-Stadium entwickeln (Kaufman et al., 1977; Tarkowski and Rossant, 1976; Witkowska, 1973). Parthenogenetisch erzeugte frühe Embryonen, das heißt sogenannte parthenogenetische Blastozysten der Maus, aber auch von Primaten (etwa Macaca fascicularis) können der Gewinnung embryonaler Stammzellen dienen, die sich in unterschiedliche Zelltypen differenzieren lassen (Cibelli et al., 2002; Vrana et al., 2003). Entsprechendes könnte möglicherweise auch für parthenogenetisch erzeugte Blastozysten des Menschen zutreffen. Aufgrund der in der Publikation von Kono et al. (2004) erfolgten Fehlbezeichnung der von ihm erzeugten Tiere als „parthenogenetische Mäuse“ könnte man annehmen, dass sich auch Säuger – und somit möglicherweise Menschen – parthenogenetisch entwickeln können, das heißt, dass beispielsweise auch parthenogenetisch erzeugte humane Blastozysten das vollständige Entwicklungspotenzial besitzen. Wäre dies tatsächlich der Fall, würde für parthenogenetische menschliche Blastozysten dieselbe Schutzwürdigkeit gelten wie für Blastozysten, die nach natürlicher Befruchtung entstanden sind. Tatsächlich aber können sich parthenogenetisch erzeugte menschliche Blastozysten – wie oben ausgeführt – gar nicht zu lebenden Organismen entwickeln. 40
2.4 Neue Möglichkeiten der Stammzellgewinnung
Erläuterung 6: Parthenogenese (Jungfernzeugung) Parthenogenetische Embryonalstadien entwickeln sich aus einer unbefruchteten Eizelle, deren einziger haploider weiblicher Zellkern experimentell stimuliert beziehungsweise aktiviert wurde. Parthenogenetische Embryonen der Maus tragen daher je nach experimentellem Ansatz nur einen haploiden oder diploiden weiblichen Chromosomensatz derselben Herkunft und sind nicht voll entwicklungsfähig. Als Grund für die Entwicklungsunfähigkeit solcher Embryonen wurden epigenetische Faktoren (Imprinting) erkannt (Surani et al., 1984). Männliche und weibliche Genome sind nämlich spezifisch markiert, was eine unterschiedliche Expression von Genen beider Genome verursacht, dies wiederum ist essenziell für die Entwicklungsfähigkeit von Embryonen. Der Begriff „Parthenogenese“ wird in der Literatur im Zusammenhang mit Säugern gelegentlich mit dem Begriff „Gynogenese“ gleichgesetzt. Diese Gleichsetzung ist unzulässig. Gynogenetische murine Embryonen resultieren aus befruchteten Eizellen, die durch experimentelle Eingriffe zweier haploider weiblicher Vorkerne unterschiedlicher Herkunft entstehen (Barton et al., 1984; McGrath and Solter, 1984; Surani and Barton, 1983).
2.4.6 Gewinnung von Stammzellen aus Testis Aus adultem Testisgewebe der Maus wurden spermatogoniale Stammzellen isoliert und daraus unter Standardbedingungen der ES-Zellkultur multipotente adulte Keimbahnstammzellen (multipotent adult germline stem cells, maGSCs) etabliert (Guan et al., 2006). Die Zellen konnten für mehr als 30 Passagen in vitro vermehrt werden, exprimierten die ES-zellspezifischen Stammzellmarker Oct4, Nanog, Utf1, Esg1, Rex1, alkalische Phosphatase sowie stammzellspezifische Zelloberflächenantigene und differenzierten spontan oder nach Differenzierungsinduktion in Zelltypen aller drei Keimblätter. Wenn es gelänge, humane adulte Keimbahnstammzellen auch aus menschlichem Gewebe zu kultivieren und zu zeigen, dass sie tatsächlich in ihren Eigenschaften HES-Zellen entsprächen, könnten maGSCs eine Alternative zur Gewinnung von HES-Zellen eröffnen. Dies ist jedoch noch nicht gezeigt worden. Ein Vorteil von maGSCs wäre, dass die DNA in Keimbahnzellen konserviert vorliegt und somit keine alterungsbedingten Schäden enthalten sollte. Allerdings ist noch nicht gezeigt worden, dass die kultivierten maGSCs sich stabil über lange Zeiträume vermehren lassen und wirklich pluripotent sind, das heißt, dass sie nach Injektion in eine Blastozyste an der Embryonalentwicklung teilnehmen könnten. Noch nicht geklärt sind auch der epigenetische Status der Zellen und die Rolle des Imprintings. Weitere Probleme der ES-Zelltechnologie, wie die potenzielle Tumorigenität der differenzierten Zellderivate oder Immunreaktionen bei allogenen Transplantationen, müssen sowohl für HES-Zellen als auch für maGSCs noch gelöst werden.
41
3 Aktualisierung der ethischen Überlegungen
3.1 Vorbemerkung
Viele Urteile der angewandten Ethik und der mit dieser begründeten Rechtspolitik bedürfen einer Überprüfung, wenn sich relevante Fakten ändern oder wenn sich neue Einsichten über theoretische Argumente, reale Konsequenzen oder zusätzliche Handlungsoptionen ergeben. Somit muss eine „Aktualisierung“ ethischer Überlegungen nicht Ausdruck von Prinzipienvergessenheit oder Wegbereiter opportunistischer Positionen sein. Vielmehr gehört eine solche Überprüfung zu den Voraussetzungen plausibler Bewertungen – besonders wenn es dabei um Abwägungen zwischen konkurrierenden Gütern und um rasch veränderliche Kontextbedingungen geht. In der Stammzellforschung haben sich seit der letzten DFG-Stellungnahme von 2001 einige Aspekte verändert oder erst entwickelt, die für eine ausgewogene ethische Beurteilung durchaus von Bedeutung sein können. Hierzu gehören: – die in den Kapiteln 2.2.1 bis 2.2.4 dargelegten Nachteile derjenigen HESLinien, die vor dem geltenden Stichtag (1. Januar 2002) und damit mittels inzwischen veralteter Kultivierungsmethoden angelegt wurden; – das im Tiermodell gezeigte Gelingen der Kerntransfer (NT)-Technik mit ihrem Potenzial zur Gewinnung krankheitsspezifischer Stammzellen (siehe Kapitel 1.2.2 und 2.3); – die gegenwärtig eher skeptisch beurteilte Plastizität adulter Stammzellen, die damit, aus medizinisch-naturwissenschaftlicher Perspektive betrachtet, in der Stammzellforschung zumindest vorläufig als Ergänzung, nicht aber als Ersatz für HES-Zellen zu sehen sind (siehe Kapitel 2.1.1 bis 2.1.3); – unterschiedliche Ansätze zur Gewinnung von HES-Zellen, die ohne eine Zerstörung totipotenter Entitäten auskommen würden (siehe Kapitel 2.4.1 bis 2.4.6); 43
3 Aktualisierung der ethischen Überlegungen – die sich deutlich abzeichnende Benachteiligung der deutschen Stammzellforschung durch das geltende Stammzellgesetz (siehe Kapitel 4.2). Im Licht dieser unterschiedlichen neuen Aspekte muss die DFG auch ihre ethischen und rechtspolitischen Überlegungen ergänzen und gegebenenfalls modifizieren.
3.2 Zum Begriff des Embryos
Wie oben geschildert gibt es zahlreiche Ansätze, bei Säugern und gerade beim Menschen Zellen und Zellverbände künstlich herzustellen, die sich von „normalen“ geschlechtlich gezeugten Embryonen in bestimmter Hinsicht unterscheiden, sich aber dennoch in anderer Hinsicht wie diese verhalten und insbesondere als Quelle zur Gewinnung von HES-Zellen dienen könnten. Vor diesem Hintergrund verschwimmt der Begriff des Embryos und wird uneinheitlich verwendet. So wird zum einen vertreten (zum Beispiel von J. Reich, 2004), nur solche entwicklungsfähigen Zellen oder Zellverbände als Embryo zu bezeichnen, die – spontan oder assistiert – aus einer männlichen und einer weiblichen Keimzelle entstanden sind.2 Hiernach wären Parthenoten oder die Resultate der Reprogrammierung somatischer Zellen, unbeschadet eines möglichen Entwicklungspotenzials, von vornherein keine Embryonen und ethisch jedenfalls nicht als solche zu schützen. Einer anderen Auffassung zufolge fallen diejenigen Zellen oder Zellverbände nicht unter den Begriff Embryo, die zum Zeitpunkt ihrer Benennung bekanntermaßen nur ein eingeschränktes Entwicklungsvermögen besitzen – wie dies etwa für die in Kapitel 2.4 beschriebenen gezielt veränderten Zellen gilt. Da die sprachliche Festlegung, die hier angesichts neuer reproduktionsmedizinischer Möglichkeiten zu treffen ist, häufig bereits als normative Weichenstellung oder „Trickserei“ verstanden wird, plädiert die DFG für einen sehr weiten Begriff von (menschlichem) „Embryo“ und versteht hierunter einerseits alle funktionalen Äquivalente „herkömmlicher“ (geschlechtlich gezeugter) Embryonen3 und zählt dazu andererseits auch solche mit deutlich eingeschränktem oder erloschenem Entwicklungspotenzial – so wie man ja auch bisher in der Fortpflanzungsmedizin von abgestorbenen oder entwicklungsgeschädigten Embryonen spricht. Unter „Embryo“ fällt also im Folgenden alles, was sich unter normalen reproduktiven Bedingungen zu einem lebensfähigen Kind hin ent2 Auch das EschG (§ 8) verwendet diese Definition, ergänzt um totipotente Zellen, die den frühen Teilungsprodukten einer befruchteten Eizelle entnommen seien. 3 So auch die International Society for Stem Cell Research: vgl. Editorial vom 7. Juli 2005 in Nature 436: S. 2. Auch das deutsche Stammzellgesetz folgt dieser Auffassung.
44
3.3 Schutzansprüche für Embryonen aus unterschiedlichen Quellen wickeln könnte oder auch nur erste Schritte dieser Entwicklung durchlaufen könnte. Ob dieses Potenzial bei einem konkreten Embryo tatsächlich vorliegt oder nicht, lässt sich oft nicht mit Sicherheit sagen oder feststellen, wird dann aber so lange unterstellt, bis sich das Gegenteil erweist. Ausgegrenzt sind aus der hier verwendeten Definition lediglich Gebilde, die zu keinem Zeitpunkt ihrer Existenz „normale“ ontogenetische Entwicklungsschritte vollziehen konnten (zum Beispiel Blasenmolen oder nicht entwicklungsfähige befruchtete Eizellen). Zur deskriptiven Differenzierung empfiehlt sich außerdem die Verwendung entsprechend qualifizierter Embryonenbegriffe, wie etwa „NT-Embryo“ für das Produkt eines somatischen Kerntransfers in eine entkernte Eizelle (siehe Kapitel 2.3). Ein derart weiter Embryonenbegriff, der nicht einmal mehr vorhandene Totipotenz erfordert, darf nun aber offensichtlich nicht so verstanden werden, als sei jedes darunter fallende Gebilde gleichermaßen schützenswert. Die hier vorzunehmenden normativen Differenzierungen sollten jedoch explizit und nicht über notorisch strittige begriffliche Eingrenzungen geleistet werden.
3.3 Schutzansprüche für Embryonen aus unterschiedlichen Quellen
Die international außerordentlich kontrovers geführten rechtlichen und ethischen Debatten über die Schutzansprüche früher menschlicher Embryonen sind in den letzten Jahren zu keinem nennenswerten Konsens gekommen und haben durch die neuen reproduktionsbiologischen Möglichkeiten sogar noch an Komplexität gewonnen (Bioethik-Kommission Rheinland-Pfalz, 2005; Damschen and Schönecker, 2001; Enquete-Kommission, 2001; Merkel, 2002; Nationaler Ethikrat, 2001 und 2004; The President’s Council on Bioethics, 2002 und 2005).
3.3.1 Embryonen aus geschlechtlicher Zeugung in vivo und in vitro Bereits für geschlechtlich in vivo gezeugte Embryonen stehen nach wie vor unterschiedliche Ansichten über ihren moralischen „Status“ unversöhnlich nebeneinander, was etwa zu anhaltenden ethischen Differenzen in der Frage der Zulässigkeit von Abtreibungen führt. Nach einer ersten Auffassung ist bereits die befruchtete Eizelle, als Mensch in der Anfangsphase seiner Existenz, Träger desselben vollen Würde- und Lebensschutzes, wie er auch geborenen Menschen zukommt. Die „Standardargumente“ zugunsten dieser Position verweisen 45
3 Aktualisierung der ethischen Überlegungen auf die Zugehörigkeit des Embryos zur Menschheitsfamilie („Speziesargument“), auf das Fehlen ethisch relevanter Einschnitte in der Embryonalentwicklung („Kontinuitätsargument“), auf die Identität des Embryos mit dem aus ihm sich möglicherweise entwickelnden Kind („Identitätsargument“) oder auf die ethische Bedeutung der dem Embryo innewohnenden Fähigkeit, sich unter geeigneten Bedingungen zu einem Kind zu entwickeln („Potenzialitätsargument“). Anderen Auffassungen zufolge ist diese starke Embryonenschutzposition unplausibel und sind die genannten Argumente entweder gar nicht überzeugend oder aber dazu angetan, für frühe Embryonen einen besonderen Status zu begründen, der dann graduell stärker wird. Und schließlich gibt es Stimmen, die nicht den abstrakten Status, sondern von vornherein auch die unterschiedlichen Umstände, Absichten und Lebensbezüge, unter beziehungsweise mit denen Embryonen gezeugt oder erzeugt werden, für ethisch bedeutsam halten (Fischer, 2002; Taupitz, 2001). Manche Vertreter dieser letztgenannten Auffassung bewerten in vitro gezeugte Embryonen eben dieses gewissermaßen unnatürlichen äußeren Umstandes wegen anders als solche, die im Körper einer Frau entstehen. Wohl überwiegend jedoch werden hier, in der Logik herkömmlicher „Status“-Bewertungen, bei funktionaler Äquivalenz auch identische Schutzansprüche eingeräumt. Dann jedoch erscheint es vielen inkonsistent, einerseits die Implantations-Verhinderung (Spirale) von in vivo befindlichen Prä-Nidations-Embryonen sowie eine de facto freizügige Abtreibungsregelung innerhalb der ersten zwölf Schwangerschaftswochen zuzulassen und andererseits in vitro-Embryonen in ihrer frühesten Entwicklungsphase unter absoluten Schutz zu stellen (Nationaler Ethikrat, 2001). Ein künftiger rechtspolitischer Kompromiss zwischen den widerstreitenden Auffassungen zum Embryonenschutz, der allerdings eine Änderung des EschG erforderlich machen würde, könnte darin bestehen, zumindest die Gewinnung von HES-Zellen aus überzähligen IVF-Embryonen zuzulassen. Von derartigen Embryonen sollen in Deutschland mindestens 100 kryokonserviert existieren, die gewiss niemals mehr einer Schwangerschaft zugeführt werden.
3.3.2 Ungeschlechtlich erzeugte Embryonen Nachhaltig strittig ist auch die Frage, ob Embryonen, die ihre Entstehung der Manipulation von Körperzellen oder unbefruchteten Eizellen verdanken, in rechtlicher und ethischer Hinsicht mit natürlich entstandenen Embryonen gleichgestellt werden sollten, soweit sie diesen funktional äquivalent sind. Für eine Gewinnung von HES-Zellen nicht nur nach somatischem Kerntransfer (siehe Kapitel 2.3), sondern auch nach zukünftig möglich erscheinender direkter Reprogrammierung somatischer Zellen (siehe Kapitel 2.4.1) oder nach parthenogenetischer Embryogenese (siehe Kapitel 2.4.5) stehen solche Neubewertungen konkret an. 46
3.3 Schutzansprüche für Embryonen aus unterschiedlichen Quellen Zunächst einmal besteht in vielen Fällen keine völlige Gewissheit darüber, ob bei diesen Verfahren zur HES-Zellgewinnung Gebilde mit Totipotenz entstehen und verbraucht werden – mit Totipotenz definiert als Entwicklungsfähigkeit unter den tatsächlichen oder hypothetischen Bedingungen einer natürlichen Schwangerschaft. Um ethisch gewissermaßen auf der sicheren Seite zu liegen, muss man daher bis auf Weiteres vom Vorliegen dieser Fähigkeit ausgehen. Dann aber wird die Überzeugungskraft des herkömmlichen Potenzialitätsargumentes (s. o.), das ja die biologische Fähigkeit der Totipotenz von Zellen oder Zellverbänden rekurriert, von manchen besonders kritisch beurteilt (FitzPatrick, 2004; Ach et al., 2006). Wenn nach neueren Erkenntnissen Totipotenz durch menschliche Eingriffe so manipulierbar wird, dass grundsätzlich jede Zelle totipotent werden kann, aber auch Eizellen manipulativ so befruchtet werden können, dass sie keine Totipotenz erlangen, dann werde die normative Bedeutung dieser Fähigkeit zunehmend hinterfragt. Warum werde gerade diese Entwicklungsfähigkeit zum alles entscheidenden Maßstab genommen? Und warum solle einer konkreten Körperzelle nach einer Intervention zum Zwecke der Herstellung dieser Fähigkeit der volle Menschenwürde-Schutz zukommen, während sie zuvor moralisch vollkommen ohne Bedeutung war? Wiederum liegt es jedenfalls in der Logik herkömmlicher Statusargumente, die Zumessung von Schutz- und Würdeansprüchen davon abhängig zu machen, ob die zu beurteilenden Entitäten sich (möglicherweise) genauso zu entwickeln vermögen wie Embryonen, die auf ganz natürlichem Wege entstehen. Erst dann, wenn bei den einen wie bei den anderen starke Schutzansprüche verneint werden, wären weitere Aspekte – wie etwa die Hochrangigkeit der Forschung oder die freiwillige Spende der Embryonen – in Anschlag zu bringen. Anders sehen dies erneut diejenigen Autoren, welche die Handlungsumstände ethisch primär bedeutsam finden. Hier findet sich beispielsweise die Auffassung, dass die vollkommene Künstlichkeit des Erzeugungsmodus oder die dezidiert fehlende Reproduktionsabsicht bei dieser „Herstellung“ von vornherein dazu angetan seien, die so gewonnenen Entitäten nicht wie natürliche Embryonen im Reproduktionsgeschehen zu behandeln (Kiessling, 2005). Eine breitere gesellschaftliche Diskussion dieser Fragen im Licht neuerer Möglichkeiten steht noch aus, muss aber geführt werden, auch wenn die terminologischen und sachlichen Hintergründe nicht immer leicht zu vermitteln sind. Ein anderes ethisches Teilproblem im Zusammenhang mit ungeschlechtlicher HES-Zellgewinnung hängt mit der dafür erforderlichen Eizellspende zusammen (siehe Kapitel 3.4).
3.3.3 Nicht entwicklungsfähige Embryonen unterschiedlicher Herkunft Ganz neue ethische Fragen schließlich stellen sich angesichts der unterschiedlichen Ansätze, HES-Zellen aus solchen Embryonen zu gewinnen, die sich aufgrund gezielter Auswahl oder Herstellung sicher nicht bis zur Geburtsreife ent47
3 Aktualisierung der ethischen Überlegungen wickeln könnten. Hierzu zählen zum einen abgestorbene oder geschädigte Embryonen, die im Rahmen von IVF-Verfahren entstehen (siehe Kapitel 2.4.4). Zum anderen, und forschungspraktisch wohl bedeutsamer, gehören hierzu Entitäten, die sich aufgrund absichtlicher Eingriffe in die Eizelle oder in die als Ursprung dienende Somazelle (siehe Kapitel 2.4.2 und 2.4.3) gerade nur bis zum Blastozysten-Stadium weiterentwickeln können. Da in all diesen Fällen die „Embryonen“ von Anfang an keine Totipotenz aufweisen, kann ihnen ein Schutz- und Würdestatus nicht mit den herkömmlichen Argumenten der Kontinuität, Identität und vor allem Potenzialität (s. o.) zugeschrieben werden.4 Gleichwohl wurden auch gegenüber diesen Ansätzen bereits ethische Vorwürfe erhoben, welche die beschriebenen Depotenzierungseingriffe als absichtliche Erzeugung geschädigter Embryonen verurteilen. Dies ist jedoch auf der Grundlage der bisher vorgetragenen „traditionellen“ Schutzargumente nicht überzeugend: Man kann nicht einerseits die besondere Schutzwürdigkeit einer Entität gerade daran knüpfen, dass sie totipotent ist, andererseits aber ohne weitere Begründung auch Entitäten diesem Schutz unterwerfen, die diese Eigenschaft nicht aufweisen und niemals aufgewiesen haben. Auch die Tatsache, dass bewusst die Entstehung von Totipotenz verhindert wird, die bei anderem Vorgehen entstanden wäre, führt zu keiner anderen Bewertung.
3.4 Probleme der Eizellspende
Ein gravierendes ethisches Problem sehen viele Kritiker jenseits der Fragen des Embryonenschutzes in der Verwendung menschlicher Eizellen. Die hier geäußerten Bedenken gegenüber einer möglichen Ausnutzung oder Instrumentalisierung von Frauen (Enquete-Kommission, 2001; zum Beispiel Kiessling, 2005), die durch finanzielle Anreize oder sonstige Druckmittel zur aufwändigen und unter Umständen schmerzhaften „Spende“ von Oozyten genötigt werden könnten, haben neuen Auftrieb dadurch erhalten, dass die betrügerischen südkoreanischen HES-Zellforschungen von W. S. Hwang und seinen Mitarbeitern offenbar mit eben solchen Praktiken einhergingen. Demgegenüber wird jedoch, etwa von der Zentralen Ethikkommission bei der Bundesärztekammer, betont, dass eine freiwillige Eizellspende, die sich ja durchaus durch geeignete Regelungen einrichten ließe, nicht weniger selbstbestimmt ist als andere geringfügig risikoträchtige Entscheidungen von Frauen, wie sie etwa in der klinischen Forschung akzeptiert werden. Vor allem aber können oder könnten Eizellen auch ohne eine eigens zu diesem Zweck getä4 So mehrheitlich auch die Zentrale Ethikkommission bei der Bundesärztekammer (2006), die diesen Ansatz daher für deutlich unproblematischer hält als die Gewinnung von HES-Zellen aus totipotenten Embryonen.
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3.5 Bewertung der neueren HES-Zellforschung tigte Hormonbehandlung sowie Eierstockpunktion gespendet werden: etwa durch zusätzliche Gewinnung einiger Eizellen im Rahmen einer IVF-Behandlung oder durch Verwendung unbeabsichtigt überzähliger Eizellen aus einem IVF-Verfahren oder durch Entnahme aus Eierstöcken, die aus medizinischen Gründen entfernt werden mussten. Und schließlich könnte sich das Erfordernis einer Eizellspende mithilfe neuerer Techniken zur HES-Zellgewinnung in Zukunft ganz oder teilweise umgehen lassen.
3.5 Bewertung der neueren HES-Zellforschung und ihrer künftigen Einsatzmöglichkeiten
Zum Zeitpunkt der vorigen DFG-Stellungnahme (2001) erschien die Gewinnung von HES-Zellen aus geschlechtlich gezeugten Embryonen vielversprechend – zunächst für die Grundlagenforschung und auf lange Sicht auch für die medizinisch-therapeutische Anwendung. Wissenschaftlich gesehen schien sich dabei die Arbeit mit HES-Zellen durch die Verwendung adulter Stammzellen fruchtbar zu ergänzen, jedoch zum damaligen Zeitpunkt keinesfalls zu ersetzen. Hinsichtlich der NT-Methode der HES-Zellgewinnung („therapeutisches Klonen“) war die DFG damals wissenschaftlich skeptisch und ethisch ablehnend – letzteres zum einen wegen des erwarteten extrem hohen Embryonenverbrauchs und zum anderen wegen der technischen Nähe dieses Verfahrens zum reproduktiven Klonen, also dem absichtlichen Erzeugen und anschließenden Austragen geklonter Embryonen beziehungsweise Menschen. Nach heutiger Beurteilung jedoch stellt sich die NT-Methode der HESZellgewinnung (siehe Kapitel 2.3) vielen Experten vergleichsweise als machbarer und fruchtbarer dar. Angesichts der inzwischen deutlich gefestigten Ablehnung des reproduktiven Klonens durch alle international maßgeblichen Instanzen erscheint es sehr unwahrscheinlich, dass das Klonen zu Forschungszwecken als „Türöffner“-Technik für ein „Kinderklonen“ benutzt werden könnte. Dass dieses reproduktive Klonen missbräuchlich praktiziert werden könnte, lässt sich zwar nicht grundsätzlich ausschließen, stünde aber in keinem einleuchtenden kausalen Zusammenhang mit einem kontrollierten Einsatz der Kerntransfertechnik. Unabhängig davon bleibt bei vielen Experten weiterhin eine Skepsis hinsichtlich der Anwendung der NT-Methode bei menschlichen Zellen. Deshalb sollte dieser Ansatz auch in Zukunft Gegenstand erneuter ethischer wie rechtlicher Überlegungen sein.
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3 Aktualisierung der ethischen Überlegungen
3.6 Vermeidung deutscher Beteiligung beim Embryonenverbrauch
Das Deutsche Stammzellgesetz erlaubt den Import von HES-Zellen aus dem Ausland ausnahmsweise dann, wenn diese (per definitionem nicht totipotenten) Zellen im Ausland vor dem Stichtag 1. Januar 2002 aus gespendeten überzähligen IVF-Embryonen gewonnen wurden. Diese Bedingungen sollen sicherstellen, dass auch im Ausland „kein Embryo für die deutsche Forschung getötet“ wird, dass also kein deutscher Forscher als auftraggebender „Komplize“ an einem Embryonenverbrauch mittelbar beteiligt wäre. Die mit dieser Regelung ermöglichte Beteiligung deutscher Wissenschaftler an der HES-Zellforschung (soweit ihre Projekte hochrangig, vorgeklärt und alternativlos sind) erscheint vielen Politikern und Sachverständigen, unabhängig von ihrer eigenen Auffassung zum gebotenen Embryonenschutz, als ein pragmatisch kluger Kompromiss zwischen divergierenden Positionen (etwa Birnbacher, 2006), anderen hingegen als ein Fall peinlicher Doppelmoral, den es möglichst bald zu ändern gelte. Rechtliche Vorgaben für die Stammzellforschung müssen nicht nur im Licht wissenschaftlicher Entwicklungen und grundsätzlicher ethischer Überlegungen beurteilt werden, sondern auch nach Maßgabe ihrer faktischen Auswirkungen auf die Forschungspraxis, um die es im folgenden Kapitel gehen wird.
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4 Erfahrungen mit den rechtlichen Rahmenbedingungen
4.1 Die rechtliche Situation in den EU-Mitgliedstaaten
Innerhalb Europas ist die Zulässigkeit der Forschung an humanen embryonalen Stammzellen äußerst unterschiedlich geregelt. Dabei gehören die entsprechenden Vorschriften des Embryonenschutzgesetzes und des Stammzellgesetzes in Deutschland im europäischen Vergleich zu den restriktivsten. Nach dem Embryonenschutzgesetz und dem Stammzellgesetz ist in Deutschland die Gewinnung von HES-Zellen unter keinen Umständen erlaubt und der Import von solchen Stammzellen nur unter sehr engen Voraussetzungen. In vielen Staaten der EU hingegen ist zumindest die Gewinnung von HES-Zellen aus sogenannten „überzähligen Embryonen“ zulässig (Belgien, Dänemark, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Niederlande, Schweden, Spanien). Dabei handelt es sich um Embryonen, die zu Fortpflanzungszwecken erzeugt wurden, aber endgültig nicht mehr auf eine Frau übertragen werden können. Verboten ist die Gewinnung von HES-Zellen auch aus überzähligen Embryonen in Deutschland, Italien, Litauen, Österreich und Polen. Neben Deutschland besitzt von diesen Ländern allein Italien eine spezielle Gesetzgebung hinsichtlich der Forschung mit HES-Zellen. In Litauen, Österreich und Polen hingegen geht das Verbot lediglich aus den allgemeinen Gesetzen hervor. Insgesamt existiert in der Mehrzahl der EU-Staaten keine spezielle Gesetzgebung in Bezug auf HES-Forschung; neben den vorstehend genannten Staaten gilt dies für Irland, Luxemburg, Malta, Portugal, die Slowakei, die Tschechische Republik und Zypern. Der Import von HES-Zellen, die aus überzähligen Embryonen gewonnen wurden, ist – im Gegensatz zur Gewinnung – sowohl in Deutschland als auch in Italien unter bestimmten Voraussetzungen zulässig. In Litauen, Österreich und Polen ist hingegen auch der Import verboten und somit die Forschung an HESZellen insgesamt untersagt. In den meisten Ländern ist es unzulässig, Embryonen für die Gewinnung von HES-Zellen, das heißt zu Forschungszwecken, durch künstliche Befruch51
4 Erfahrungen mit den rechtlichen Rahmenbedingungen Tabelle 4 Regelungen zur Forschung mit humanen embryonalen Stammzelllinien in den EU-Mitgliedstaaten (Stand: Juni 2006) Regelungsgehalt
Mitgliedstaat
Herstellung von HES aus überzähligen Embryonen verboten
Deutschland, Italien, Litauen, Österreich, Polen
Herstellung von HES aus überzähligen Embryonen zulässig
Belgien, Dänemark, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Niederlande, Schweden, Spanien
Import von HES, die aus überzähligen Embryonen gewonnen wurden, zulässig
Deutschland, Italien
Herstellung von HES zu Forschungszwecken durch künstliche Befruchtung oder durch Zellkerntransfer verboten (gemäß Biomedizinkonvention des Europarats vom 4. April 1997)
Dänemark, Deutschland, Estland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Italien, Lettland, Litauen, Niederlande, Österreich, Portugal, Slowenien, Slowakei, Spanien, Tschechische Republik, Ungarn, Zypern
Herstellung von HES zu Forschungszwecken durch künstliche Befruchtung oder durch Zellkerntransfer zulässig
Belgien, Großbritannien, Schweden
tung oder durch Zellkerntransfer eigens herzustellen. Dies entspricht Artikel 18 Nr. 2 der Biomedizinkonvention des Europarats vom 4. April 1997, wonach die Erzeugung menschlicher Embryonen zu Forschungszwecken verboten ist. Die Länder, in denen eine Erzeugung von Embryonen zu diesem Zweck erlaubt ist (Belgien, Großbritannien, Schweden), haben die Biomedizinkonvention nicht unterzeichnet oder zumindest – wie im Fall von Schweden – (noch) nicht ratifiziert. Auch Deutschland hat die Konvention nicht unterzeichnet, jedoch aus dem gegenteiligen Grund: Sie ist aus deutscher Sicht nicht restriktiv genug.
4.2 Abkoppelung der deutschen Wissenschaftler durch Beschränkung des Imports
Aufgrund der Stichtagsregelung können in der Bundesrepublik HES-Zellen für Forschungszwecke nur eingesetzt werden, wenn sie vor dem 1. Januar 2002 im Ausland gewonnen wurden. Vorstehend wurde ausführlich dargelegt, dass dies aus naturwissenschaftlicher Sicht mehr als unbefriedigend ist und die deutsche Forschung damit weitgehend von internationalen Fortschritten auf bestimmten 52
4.3 Fehlende kommerzielle Perspektiven der Stammzellforschung Gebieten der Stammzellforschung abgekoppelt wird. Denn die Forschung in Deutschland kann nicht auf Stammzellen zugreifen, die frei von tierischen Zellprodukten oder Viren sind, unter standardisierten Bedingungen nach den Regeln der Good Laboratory Practice (GLP) beziehungsweise Good Manufacturing Practice (GMP) isoliert und kultiviert wurden und frei von zwischenzeitlich eingetretenen genetischen und epigenetischen Veränderungen sind. Der DFG sind Beispiele von jungen Wissenschaftlern, aber auch von renommierten Forschern bekannt, die sich wegen der aus ihrer Sicht fehlenden Perspektiven der embryonalen Stammzellforschung in Deutschland und wegen der nicht seltenen Diskreditierung dieses Forschungsgebietes und der hier tätigen Forscher bewusst von diesem Forschungsgebiet fernhalten oder sich aus ihm zurückgezogen haben. Die hoch emotional und kontrovers geführte Diskussion in Deutschland hat sogar dazu geführt, dass Wissenschaftler in der Öffentlichkeit diffamiert und kriminalisiert werden, obwohl sie unter Beachtung aller gesetzlichen Regelungen mit genehmigten Forschungsprojekten mit HESZellen arbeiten. Die gegenwärtige rechtliche und psychologische Situation der Stammzellforschung in Deutschland schlägt sich nicht nur in der verhältnismäßig geringen Anzahl der beim Robert-Koch-Institut gestellten und von der Zentralen Ethikkommission für Stammzellforschung begutachteten Anträge nieder, sondern auch im weltweiten Vergleich der Anzahl einschlägiger Publikationen: Inländische Forscher sind an entsprechenden Publikationen so gut wie nicht beteiligt (siehe Abbildung 5).
4.3 Fehlende kommerzielle Perspektiven der Stammzellforschung in Deutschland
Durch den Import von im Ausland etablierten HES-Zellen, die den Bedingungen des Stammzellgesetzes genügen, sind Forscher in Deutschland von Patenten und Lizenzen des Auslands abhängig. Eine Lizenzierung von Forschungsergebnissen, die mit importierten HES-Linien erzielt wurden, ist deutschen Forschern damit nicht uneingeschränkt möglich, da die HES-Linien bereits im Ausland patentiert wurden und in der Regel detaillierten Material Transfer Agreements (MTA) unterliegen. Damit liefert die deutsche Stammzellforschung an den importierten HES-Linien Ergebnisse, die nur von ausländischen Patentinhabern genutzt werden können. Demgegenüber existieren inzwischen neue, nach dem 1. Januar 2002 etablierte und international für Forschungszwecke frei verfügbare HESLinien, die jedoch gemäß dem Stammzellgesetz in Deutschland nicht eingesetzt werden dürfen. Wegen der Verunreinigungen der „alten“ HES-Zellen wären zudem nur nach dem 1. Januar 2002 hergestellte Zelllinien potenziell für einen diagnosti53
4 Erfahrungen mit den rechtlichen Rahmenbedingungen
Abbildung 5 Übersicht der wissenschaftlichen Arbeiten, die über die experimentelle Verwendung von HES berichten A. Anzahl der Veröffentlichungen, die in PubMed nach Eingabe der Suchanfragen (Syntax siehe Guhr et al., 2006) als Treffer erschienen, sowie der Veröffentlichungen, die die Ableitung oder den experimentellen Einsatz von HES-Linien beschreiben. B. Anzahl der Veröffentlichungen, die die Ableitung oder den experimentellen Einsatz von HES-Linien beschreiben – sortiert nach Ort und korrespondierendem Autor. (nach Guhr et al., Stem Cells 2006, 24(10): 2187–2191, AlphaMed Press; die Autoren haben die Ergebnisse der Suche in der Datenbank PubMed manuell auf falsch positive Treffer überprüft.)
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4.4 Ausgrenzung deutscher Wissenschaftler aus internationalen Kooperationen schen, präventiven oder therapeutischen Einsatz am Menschen geeignet. Eine derartige Verwendung von HES-Zellen in der medizinischen Praxis ist in Deutschland somit schon wegen der Stichtagsregelung nicht möglich. Hinzu kommt, dass das Stammzellgesetz nur eng umgrenzte Forschung erlaubt, sodass die unmittelbare Entwicklung therapeutischer Anwendungen untersagt ist, obwohl die Stammzellforschung letztlich der Entwicklung neuer Therapien dienen soll. Die genannten Beschränkungen betreffen auch die Entwicklung kommerzieller Zelltherapieprodukte von Firmen, die auf dem Gebiet des „tissue engineering“ arbeiten. Die fehlenden kommerziellen Perspektiven haben wiederum negative Rückwirkungen auf die Entwicklung der Grundlagenforschung selbst. Zudem ist in Deutschland keine Forschung mit krankheitsspezifischen Zelllinien möglich. Denn nach § 4 Abs. 2 Nr. 1 lit. b) StZG muss zur Überzeugung der Genehmigungsbehörde feststehen, dass die Embryonen, aus denen die Stammzellen gewonnen wurden, im Wege der medizinisch unterstützten extrakorporalen Befruchtung zum Zwecke der Herbeiführung einer Schwangerschaft erzeugt worden sind, sie endgültig nicht mehr für diesen Zweck verwendet wurden und keine Anhaltspunkte dafür vorliegen, dass dies aus Gründen erfolgte, die an den Embryonen selbst liegen. Damit ist die Einfuhr und Verwendung von Stammzellen ausgeschlossen, die im Wege eines Zellkerntransfers erzeugt worden sind oder aus Embryonen nach einer PID stammen. Erhebliche Rechtsunsicherheit besteht zudem hinsichtlich der Zulässigkeit des Imports und der Verwendung von Stammzellen aus Parthenoten. Insgesamt ist nicht davon auszugehen, dass Firmen in Deutschland kommerzielle Zelltherapieprodukte auf der Grundlage von krankheitsspezifischen Zelllinien entwickeln werden.
4.4 Ausgrenzung deutscher Wissenschaftler aus internationalen Kooperationen
Zusätzlich zu den Beschränkungen, die die Stichtagsregelung für die Forschung in Deutschland bewirkt, bestehen erhebliche Strafbarkeitsrisiken für deutsche Forscher auch dann, wenn sie sich an internationalen Kooperationen auf dem Gebiet der Stammzellforschung beteiligen. Die Rechtsgutachten, die im Auftrag der DFG erstellt wurden (Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2003 a), sind zwar zu dem Ergebnis gelangt, dass der Geltungsbereich des Stammzellgesetzes auf das Inland beschränkt ist (weil nur der Import in das Inland und die Verwendung im Inland genehmigt werden können), sodass eine vom Inland aus vorgenommene Anstiftung oder Beihilfe zu einer im Ausland vorgenommenen Verwendung von Stammzellen nicht nach deutschem Recht strafbar ist. Jedoch ist diese einschränkende Auslegung des Stammzellgesetzes in der Literatur kei55
4 Erfahrungen mit den rechtlichen Rahmenbedingungen neswegs unbestritten (Hilgendorf, 2006) und es ist unsicher, inwieweit sie die Zustimmung der Gerichte finden würde. Zudem bleibt eine mittäterschaftlich oder in mittelbarer Täterschaft begangene Beteiligung an einer ausländischen Verwendung von (neuen) Stammzellen auch nach den genannten Gutachten strafbar, sodass in der Praxis der schwierigen und damit rechtsunsicheren Abgrenzung von Täterschaft und Teilnahme entscheidende Bedeutung zukommt. Vor diesem Hintergrund besteht ein erhebliches Strafbarkeitsrisiko für deutsche Forscher selbst dann, wenn sie aufgrund einer Genehmigung im Inland lediglich mit Stammzellen arbeiten, die gemäß den Anforderungen des Stammzellgesetzes vor dem 1. Januar 2002 gewonnen wurden, sofern sie mit ihrem Forschungsprojekt gleichzeitig an einem internationalen Verbund beteiligt sind, in dessen Rahmen ein ausländischer Partner mit „neuen“, also nach dem Stichtag gewonnenen Stammzellen arbeitet. Im Übrigen ist jedenfalls der Anwendungsbereich des Embryonenschutzgesetzes unstreitig nicht gleichermaßen auf das Inland beschränkt. Damit ist das Strafbarkeitsrisiko für deutsche Forscher, die sich an internationalen Kooperationen beteiligen, bei denen neue Stammzelllinien hergestellt werden, noch größer. Im Einzelnen ergeben sich für deutsche Wissenschaftler folgende Probleme:
4.4.1 Beratende Mitarbeit in internationalen Expertengremien Die beratende Mitarbeit deutscher Wissenschaftler in internationalen Gremien, Kommissionen und Stammzellbanken wie zum Beispiel die in der britischen Forum-Initiative ist erschwert beziehungsweise unmöglich, wenn dabei HES-Zellen behandelt werden, die nach dem Stichtag 1. Januar 2002 etabliert wurden, oder wenn dabei Projekte behandelt werden, bei denen neue HES-Zellen direkt oder über das Kerntransferverfahren etabliert beziehungsweise genutzt werden sollen.
4.4.2 Internationale Zusammenarbeit Die Kooperation in internationalen Projekten, zum Beispiel der EU, ist für deutsche Mitarbeiter erschwert beziehungsweise unmöglich, wenn im Labor des ausländischen Kooperationspartners mit HES-Zellen gearbeitet wird, die nach dem Stichtag 1. Januar 2002 etabliert wurden. Auch an Projekten, bei denen im Rahmen von EU-Programmen neue HES-Zellen/NT-HES-Zellen eingesetzt werden, dürfen deutsche Wissenschaftler nicht mitwirken. Schließlich ist nicht geklärt, ob sich deutsche Forscher strafbar machen, wenn ihre Erkenntnisse im Rahmen von EU-Projekten (zum Beispiel im sechsten Rahmenprogramm: 56
4.4 Ausgrenzung deutscher Wissenschaftler aus internationalen Kooperationen ESTOOLS, EUROSTEMCELLS) in HES-Zellstudien ausländischer Gruppen überführt werden, die nach dem Stammzellgesetz in Deutschland nicht genehmigungsfähig wären.
4.4.3 Internationaler Wissenschaftleraustausch Der internationale Austausch von Wissenschaftlern, wissenschaftlichen Mitarbeitern und von Know-how auf dem Gebiet der HES-Zellforschung ist deutlich eingeschränkt. So kann bereits die Entsendung von Nachwuchswissenschaftlern aus einem Labor in Deutschland in ein ausländisches Labor (zum Beispiel auch zum Erlernen von Techniken zur Etablierung von ES-Zellen anderer Spezies) durch einen Projektleiter strafbar sein. Erst recht besteht ein hohes Strafbarkeitsrisiko für deutsche Amtsträger oder für den öffentlichen Dienst besonders Verpflichtete: Denn nach § 5 Nr. 12 StGB gilt das deutsche Strafrecht für sie, unabhängig vom Recht des Tatorts, auch für Taten, die sie im Ausland während eines dienstlichen Aufenthalts oder in Beziehung auf ihren Dienst begehen. Angesichts des unklaren Anwendungsbereichs des Stammzellgesetzes gehen deshalb Professoren und andere Mitarbeiter staatlicher Universitäten, aber auch Angehörige außeruniversitärer Forschungseinrichtungen, sofern diese hinreichend staatsnah zum Beispiel mithilfe staatlicher Forschungsgelder arbeiten, ein deutliches Risiko ein, wenn sie in internationalen Kooperationen mitwirken, in denen mit Stammzellen gearbeitet wird, die nach dem 1. Januar 2002 gewonnen wurden. Als Folge sind eine Einschränkung des wissenschaftlichen Austauschs und ein langsam fortschreitender Ausschluss deutscher Wissenschaftler aus der internationalen Wissenschaftlergemeinschaft zu erwarten. Dies wird sich insbesondere im Rahmen der europäischen Forschungsorganisation negativ auswirken, da eine enge Kooperation der beteiligten Arbeitsgruppen in EU-Projekten ausdrücklich angestrebt wird. International führend zu sein oder zu bleiben, ist auf dem Gebiet HES-Zellen in Deutschland daher kaum möglich. Dass HESZellforschung ein international expandierendes Wissenschaftsgebiet ist, zeigt sich anhand der exponenziell steigenden Publikationszahlen (siehe Abbildung 5), wobei bereits darauf hingewiesen wurde, dass inländische Forscher an den Publikationen auf dem Gebiet der embryonalen Stammzellforschung kaum beteiligt sind.
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5 Lösungsmöglichkeiten
5.1 Aufhebung des Stichtags
Die Stichtagsregelung ist das zentrale Mittel zur Erreichung des gesetzgeberischen Ziels, dass von Deutschland aus keine Produktion von HES-Zellen im Ausland veranlasst werden soll. Mit seiner Lösung hat der Gesetzgeber allerdings nicht auf eine konkrete juristische Zurechnung eines bestimmten Kausalbeitrags abgestellt und nur ihn zu unterbinden versucht, sondern weit darüber hinaus bereits die Möglichkeit eines mittelbaren oder sogar ganz entfernten Ursachenbeitrags zum Embryonenverbrauch ausgeschlossen, indem er im Gesetz einen festen Stichtag verankert hat und den Import und die Verwendung aller später entwickelten Stammzellen verboten hat. Der betreffende Forscher hat also nicht die Möglichkeit zu beweisen, dass er bei einem geplanten Forschungsvorhaben ausländische Stammzellen im Inland verwenden will, die gerade nicht für die deutsche Forschung produziert worden sind. Vielmehr geht das Gesetz im Grunde davon aus, dass unwiderleglich alle nach dem Stichtag erzeugten HES-Zellen als von Deutschland aus veranlasst anzusehen sind. Die Erfahrungen im Ausland zeigen jedoch, dass auch ohne eine Nachfrage aus Deutschland Stammzelllinien in großer Zahl hergestellt werden. Angesichts der Tatsache, dass eine weltweite Nachfrage nach embryonalen Stammzelllinien besteht und die vorhandenen Zelllinien sehr lange in Kultur gehalten und beliebig vermehrt werden können, kann nicht davon ausgegangen werden, dass bei einer Aufhebung des Stichtages gerade für den entsprechenden Bedarf in Deutschland zusätzliche Embryonen verbraucht werden müssten. Erst recht kann von einer Veranlassung des Embryonenverbrauchs im Ausland, also von einem inländischen Kausalbeitrag zur Herstellung der Stammzelllinie im Ausland dann nicht ausgegangen werden, wenn Zellen aus der Stammzelllinie bereits für ein ausländisches Projekt verwendet wurden, bevor andere Zellen aus dieser Zelllinie auch in das Inland importiert wurden. Vor dem Hintergrund dieser Erfahrungen verliert der im Stammzellgesetz festgelegte Stichtag viel von seiner Überzeugungskraft. Im Hinblick auf die durch den festen Stichtag erheblich eingeschränkte Forschungsfreiheit, die aufgrund 59
5 Lösungsmöglichkeiten der vorstehend geschilderten Abkoppelung deutscher Forschung von internationalen Fortschritten in zunehmendem Ausmaß faktisch jedenfalls nahe an ein Verbot der Stammzellforschung heranreicht, und im Hinblick auf die Tatsache, dass der verfassungsrechtliche Schutzauftrag zugunsten im Ausland vorhandener Embryonen geringer ausgeprägt ist als der Schutzauftrag zugunsten inländischer Embryonen, spricht heute viel dafür, den Stichtag für solche Zelllinien aufzuheben, die aus „überzähligen“ Embryonen etabliert wurden. Dabei ist auch zu berücksichtigen, dass durch das Embryonenschutzgesetz ohnehin jede von Deutschland aus erfolgende Beteiligung inländischer Forscher an ausländischer Stammzellgewinnung verboten ist. Damit trägt schon das Embryonenschutzgesetz dem Anliegen des Stammzellgesetzes Rechnung, dass von Deutschland aus kein Kausalbeitrag zum Embryonenverbrauch im Ausland ausgehen soll.
5.2 Ermöglichung der diagnostischen, präventiven und therapeutischen Verwendung
§ 5 Nr. 1 StZG zeigt, dass die vom Stammzellgesetz ermöglichte Forschung mittelbar der Entwicklung diagnostischer, präventiver und therapeutischer Verfahren zur Anwendung bei Menschen dienen soll. Da die Entwicklung derartiger Verfahren näher gerückt ist, sollte ihre Anwendung unter den übrigen vom Gesetz genannten Voraussetzungen auch in Deutschland zugelassen werden.
5.3 Entkriminalisierung derjenigen Forscher, die mit bereits gewonnenen Stammzellen arbeiten
Strafrecht ist das schärfste Mittel, das dem Staat zur Durchsetzung seiner Geund Verbote zur Verfügung steht. Es sollte als ultima ratio nur dort eingesetzt werden, wo hochrangige Rechtsgüter oder Interessen geschützt werden müssen. Soweit es um die Gewinnung von Stammzellen unter Verbrauch von Embryonen geht, sind nach Auffassung vieler tatsächlich hochrangige Rechtsgüter, nämlich Leben und Menschenwürde der Embryonen, betroffen. Dementsprechend verbietet das deutsche Embryonenschutzgesetz unter Strafandrohung jede Verwendung eines Embryos, die nicht seiner Erhaltung dient (§ 2 EschG); es verbietet damit insbesondere auch die Gewinnung von Stammzellen aus Em60
5.3 Entkriminalisierung der Forscher bryonen. Dies gilt nicht nur für eine Gewinnung in Deutschland; vielmehr macht sich nach dem Embryonenschutzgesetz auch derjenige strafbar, der von Deutschland aus an einer im Ausland vorgenommenen Gewinnung von Stammzellen als mittelbarer Täter, Mittäter, Anstifter oder Gehilfe mitwirkt. Amtsträger oder für den öffentlichen Dienst besonders Verpflichtete machen sich sogar unabhängig von einem inländischen Tatbeitrag nach dem Embryonenschutzgesetz strafbar, sofern sie im Ausland während eines dienstlichen Aufenthalts oder in Beziehung auf ihren Dienst gegen das Embryonenschutzgesetz verstoßen. Das Stammzellgesetz soll mit seinem strafbewehrten Verbot, Stammzellen zu importieren und zu verwenden, die vor dem Stichtag 1. Januar 2002 gewonnen wurden, verhindern, dass ausländische Embryonen für deutsche Forschung verbraucht werden. Dieses Ziel wird, wie vorstehend dargestellt, bereits weitestgehend durch das Embryonenschutzgesetz erreicht. Die Stammzellen, die nach Deutschland importiert und hier verwendet werden sollen, genießen ihrerseits jedoch unstreitig keinen Menschenwürde- und Lebensschutz. Damit lassen sich die Strafdrohungen des Stammzellgesetzes, soweit sie über jene des Embryonenschutzgesetzes hinausgehen, kaum durch die Notwendigkeit rechtfertigen, hochrangige Rechtsgüter zu schützen. Angesichts der erheblichen Verunsicherung, die die Strafdrohungen für in- und ausländische Forscher in internationalen Kooperationen verursachen, sollte der Gesetzgeber die Strafdrohungen des Stammzellgesetzes beseitigen und Übertretungen gegen das Stammzellgesetz nur noch als Ordnungswidrigkeiten ahnden. Ein Teil der angesprochenen Strafbarkeitsrisiken internationaler Verbundforschung resultiert zudem daraus, dass der Gesetzgeber den Geltungsbereich des Stammzellgesetzes nicht hinreichend deutlich auf das Inland beschränkt hat. Zwar geht die DFG gemäß den von ihr in Auftrag gegebenen Gutachten (Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2003 a) von einem derart begrenzten Anwendungsbereich des Gesetzes aus. Größere Rechtssicherheit könnte jedoch dann herbeigeführt werden, wenn in § 2 StZG formuliert würde: „Dieses Gesetz gilt für die Einfuhr von Stammzellen und für die Verwendung von Stammzellen, die im Inland belegen sind.“ Von einer derartigen Klarstellung bliebe die Strafbarkeit aller Mitwirkungshandlungen bei der Gewinnung von Stammzellen im Ausland unberührt.
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5 Lösungsmöglichkeiten
Exkurs:
Tiermodelle in der Stammzellforschung – Xenotransplantation und Chimärenbildung
Die Diskussion um das Einbringen menschlicher embryonaler und adulter Stammzellen in Tiere zur Untersuchung der Zellentwicklung ist von Missverständnissen geprägt. Einerseits sind Tiermodelle in der Forschung unabdingbar, um die Entwicklungs- und Regenerationsfähigkeit von Stammzellen zu untersuchen, andererseits besteht in der Öffentlichkeit Angst vor sogenannten Chimären, Mischwesen aus verschiedenen Spezies oder sogar von Mensch und Tier. Dabei wird meist übersehen, dass auch beim Menschen durch Transplantation von Geweben oder Organen chimäre Gewebe – bestehend aus Spender- und Empfängergewebe – entstehen. Echte Chimären, Mischwesen aus verschiedenen Spezies, könnten sich bei der Kombination von Zellen früher Embryonen oder durch die Transplantation von embryonalen Stammzellen in Blastozysten einer anderen Spezies entwickeln. Solche Versuche mit menschlichen embryonalen Stammzellen verbieten sich von selbst. Problematischer könnte die Transplantation von menschlichen Zellen, die bereits in neurale Zellen differenziert sind, in Tiergehirne sein, da sich dabei die Frage stellt, ob durch die Transplantation menschlicher Zellen eventuell auch menschliche Gehirnfunktionen im Tier entstehen könnten (Karpowicz et al., 2004). Eine internationale Expertenkommission hat daher folgende Parameter benannt, die in Transplantationen von menschlichen Nervenzellen in Tiergehirne berücksichtigt werden müssen: – – – –
die Anzahl menschlicher Zellen im Verhältnis zum tierischen Empfängergehirn, der Entwicklungsstand des Empfängerorganismus zum Implantationszeitpunkt, die Tierart, die Größe des Tiergehirns, die Hirnregion, in die die Zellen transplantiert werden sollen – und der pathologische Status des Gehirns des Empfängertiers (Greene et al., 2005). Die adäquate Berücksichtigung dieser Punkte schließt aus, dass tierische Organismen mit menschlicher Hirnfunktion entstehen. Zusätzlich muss bei Versuchen mit menschlichen Stammzellen in anderen Spezies eine Bildung von Keimzellen mit gemischtem Erbgut ausgeschlossen werden (Karpowicz et al., 2004). Um jedoch in vivo die Fähigkeit von Stammzellen zu untersuchen, die gewebespezifischen Funktionen im Organismus wiederherzustellen, bedarf es des Tiermodells. Denn ehe an Menschen Stammzellen zur Regeneration von Gewebe eingesetzt werden können und so möglicherweise Krankheiten heilbar sind, muss das Verfahren in verschiedenen Tiermodellen ausreichend getestet sein. So konnte bereits gezeigt werden, dass aus humanen embryonalen Stammzellen abgeleitete neurale Zellen sich in ein Nagergehirn integrierten (Zhang et al., 2001) und dass die undifferenzierten humanen embryonalen Stammzellen nach Implantation in die Nähe des Neuralrohrs eines Hühnerembryos die Bildung von Neuronen veranlassen können (Goldstein et al., 2002). Auch adulte Stammzellen integrieren sich in verschiedene Gewebe. Die erfolgreichen Transplantationen von menschlichen hämatopoetischen Stammzellen in das Blutsystem oder von Hautstammzellen in die Haut erwachsener Mäuse zeigte, dass Stammzellen die Fähigkeit zum Ersatz von Gewebefunktionen besitzen. Es werden jedoch weitere Untersuchungen und Langzeitstudien auch an großen Tiermodellen (Hund, Schwein, Primaten) nötig sein, bevor ein Einsatz von HES-Zellen am Menschen in Erwägung gezogen werden kann.
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Abkürzungen
ANT:
Modifizierte Methode des Kerntransfers (engl.: altered nuclear transfer) EG-Zelle: Embryonale Keimzelle (engl.: embryonic germ cell) EPC: Endotheliale Vorläuferzelle (engl.: endothelial precursor cell) ES: Embryonale Stammzelle EschG: Embryonenschutzgesetz G-CSF: Granulozyten-Kolonie-stimulierender Faktor (Zytokin) GLP: Good Laboratory Practice GMP: Good Manufacturing Practice HES-Zelle: Humane embryonale Stammzelle IVF: In vitro-Fertilisation MAPC: Multipotente adulte Vorläuferzelle (engl.: multipotent adult progenitor cell) MIAMI: Aus dem Knochenmark stammende adulte Zelle, die in verschiedene Zelltypen differenzierbar ist (engl.: marrow-isolated adult multilineage inducible cell) MTA: Material Transfer Agreement NIH: National Institutes of Health NT: Kerntransfer, Abkürzung für SCNT (engl.: nuclear transfer) SCNT: Somatischer Zellkerntransfer (engl.: somatic cell nuclear transfer) SKP: Aus der Haut abgeleitete multipotente Vorläuferzelle (engl.: skinderived precursor cell) StZG: Stammzellgesetz USSC: Uneingeschränkt differenzierungsfähige somatische Stammzelle (engl.: unrestricted somatic stem cell) ZEKO: Zentrale Ethikkommission bei der Bundesärztekammer ZES: Zentrale Ethikkommission für Stammzellforschung
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Glossar
Abort: Fehlgeburt, Ausstoßung der Frucht innerhalb der ersten 28 Wochen der Entwicklung. Adulte Stammzelle: Adulte oder somatische Stammzellen sind im Organismus nach der Geburt vorhanden. Aus diesen Zellen werden während der gesamten Lebensdauer des Organismus neue spezialisierte Zellen gebildet. Adulte Stammzellen, die in Organen (besonders im Knochenmark, in der Haut, aber auch im Fettgewebe, in der Nabelschnur und im Nabelschnurblut, im Gehirn, der Leber oder der Bauchspeicheldrüse) zu finden sind, haben aber im Allgemeinen in Zellkultur ein deutlich geringeres Selbsterneuerungsvermögen und ein eingeschränkteres Differenzierungspotenzial als embryonale Stammzellen. Apoptose: Die Apoptose (aus dem Griechischen „das Abfallen, der Niedergang“) oder „programmierter Zelltod“ ist eine Form des physiologischen Zelltods, der von einer biologischen Zelle im Gegensatz zur Nekrose selbst eingeleitet wird. Die Apoptose ist ein für die Embryonalentwicklung und Funktion aller mehrzelligen Lebewesen essenzieller Vorgang. So werden beispielsweise bei der Entwicklung von menschlichen Gliedmaßen eines Embryos zuerst sogenannte plattenförmige Gewebsknospen ausgebildet, die an den Finger- und Zehenzwischenräumen absterben, sodass die Gliedmaßen ihre endgültige Form ausbilden können. Auch für die Krebsforschung ist die Apoptose von Bedeutung, da sie Zellen eliminiert, die durch Mutationen oder virale Infekte geschädigt sind. Ein Ziel der Krebsforschung ist es, kontrollierte Apoptosen bei entarteten Zellen auszulösen. Befruchtung: Der über eine Reihe von Zwischenstufen verlaufende Prozess der Vereinigung einer Eizelle mit einer Samenzelle zu einer befruchteten Eizelle (Zygote), vom ersten Kontakt des Spermiums mit der Hülle (zona pellucida) der Eizelle bis zur abgeschlossenen Vereinigung der Chromosomen der Eizelle und der Samenzelle zu einem neuen, individuellen Genom. Die Chromosomen des neuen Genoms liegen in doppelter Ausführung vor (Chromosomenpaare). Blastomeren: Die ersten, noch undifferenzierten Zellen eines Embryos nach Teilung der Zygote bis zum Morulastadium, ehe es zur Bildung einer Keimblase (Blastozyste) kommt. 65
Glossar Blastozyste: Ein Embryo während des etwa vierten bis siebten Tages der Entwicklung. Die Blastozyste besteht aus einer äußeren Zellgruppe, aus der sich die Plazenta-Anteile entwickeln (Trophoblast), und der inneren Zellmasse, aus der sich der Fötus entwickeln wird (Embryoblast). Chimäre: Nicht einheitlich gebrauchter Begriff (siehe Hybrid) für ein Individuum, das aus genetisch verschiedenen Geweben zusammengesetzt ist (auch: „Mosaik“). Im weiteren Sinne bezeichnet Chimäre auch Individuen aus artverschiedenen Geweben (zum Beispiel „Schiege“ aus Schaf und Ziege). Chimären entstehen beispielsweise durch Injektion einer oder mehrerer fremder Zellen in eine Blastozyste, streng genommen aber auch bei einer Organtransplantation. Chromosom: Chromosomen sind die im Zellkern enthaltenen Träger der genetischen Information, die bei jeder Zellteilung an die Tochterzellen weitergegeben werden. Sie bestehen zu fast gleichen Anteilen aus der Erbsubstanz DNA und assoziierten Proteinen. Beim Menschen enthält jede Körperzelle die Chromosomen in doppelter Ausführung, 22 Paare von Autosomen und zwei Geschlechtschromosomen (46, XX oder 46, XY). Jede menschliche Keimzelle enthält die Chromosomen in einfacher Ausführung (23, X oder 23, Y). Die Anzahl und Morphologie der Chromosomen ist für jede Spezies charakteristisch. Differenzierung: Differenzierung ist der Prozess der Entwicklung von undifferenzierten Zellen des Embryonalstadiums zu hoch spezialisierten, auf ihre jeweilige spezifische Funktion ausgerichteten Zellen im adulten Organismus. In sich differenzierenden Zellen werden unterschiedliche Gene aktiviert beziehungsweise inaktiviert. Dabei hat zwar – von Ausnahmen abgesehen – weiterhin jede Zelle die gesamte genetische Information, genauso wie die ursprüngliche befruchtete Eizelle, sie kann aber nur einen Teil dieser Information „abrufen“. Eine ausdifferenzierte Zelle steht am Ende einer Reihe von Differenzierungsschritten. Differenzierte Zellen unterscheiden sich in ihrer Morphologie und Funktion erheblich voneinander und von ihren Ausgangszellen. DNA: Desoxyribonukleinsäure (Deoxyribonucleic Acid, DNA); chemischer Grundbaustein der Erbsubstanz. Die DNA enthält die Informationen für die Herstellung aller für die Körperfunktionen nötigen Eiweiße. EG-Zelle (embryonic germ cell): Pluripotente Stammzelle, die aus primordialen Keimzellen von Föten (zum Beispiel nach medizinisch indiziertem Abort) erhalten werden kann. Eizelle: Auch Oozyte, Ovum. Weibliche Keimzelle. Embryo: Nicht einheitlich gebrauchter Begriff. In der Medizin meist die Leibesfrucht von der befruchteten Eizelle oder auch von der Einnistung in den Uterus bis zum Abschluss der Organogenese etwa acht Wochen danach. Embryoblast: Innere Zellmasse (inner cell mass, ICM) der Blastozyste, aus der sich der Fötus entwickelt. Die Zellen dieser inneren Zellmasse sind pluripotent. 66
Glossar Embryoid bodies: Zellverbände von differenzierenden ES-Zellen, aus denen nach einigen Tagen in der Zellkultur spontan ein Gemisch verschiedener Zelltypen, darunter kontrahierende Herzmuskelzellen, neuronale Zellen, Fettzellen, Zellen des Immunsystems, Knorpelzellen und andere entsteht. Es handelt sich nicht um Embryonen, und „embryoid bodies“ können sich auch nicht als Embryonen weiterentwickeln. Embryonenschutzgesetz (EschG): Das Embryonenschutzgesetz, ein Nebenstrafgesetz, gilt für den Zeitpunkt von der abgeschlossenen Befruchtung der Eizelle bis zur abgeschlossenen Einnistung in den Uterus am etwa 14. Tag der Entwicklung. Zusätzlich wird jede totipotente Zelle rechtlich einem Embryo gleichgestellt. Nach der Einnistung gelten die Bestimmungen des Strafgesetzbuchs mit dem Schutz vor vorsätzlicher Tötung und den Einschränkungen des § 218. Enukleierte Eizelle: Eizelle nach Entfernung des Zellkerns. ES-Zelle (embryonic stem cell): Pluripotente Stammzelle der inneren Zellmasse der Blastozyste nach Überführung in die Zellkultur. Expression: Genexpression ist das Umsetzen der Information, die in der DNA eines Gens gespeichert ist, zu Zellstrukturen und Signalen. Diese liegen oft in Form von Proteinen vor. Die Expression von Genen ist ein komplexer Prozess, der aus vielen verschiedenen Einzelschritten besteht. Generell kann die Regulation der Genexpression auf verschiedenen Stufen des Realisierungsprozesses vom Gen zum Merkmal führen. Fötus: Auch Foetus, Fetus. Nach deutschem Recht gilt die Frucht nach Abschluss der Einnistung in den Uterus als Fötus. In der Medizin ist Fötus die Bezeichnung für die Leibesfrucht nach Abschluss der Embryonalentwicklung, das heißt ab der neunten Woche. Gen: DNA-Abschnitt, der für eine Funktion, beispielsweise ein Protein kodiert. Neben den kodierenden Bereichen (Exons) umfassen Gene weitere Regionen wie Introns (nicht kodierende Abschnitte) und Promotoren (Regulationselemente). Das menschliche Genom umfasst circa 40 000 Gene. Genom: Nicht einheitlich gebrauchter Begriff für die Gesamtheit der DNA eines Individuums oder der genetischen Information einer Zelle (Gene). Gewebe: Verbund von differenzierten Zellen, die eine spezielle gemeinsame Funktion erfüllen. Hämatopoese: Medizinischer Begriff für Blutbildung und Reifung der Blutzellen im Knochenmark, das heißt für deren Bildung aus hämatopoetischen Stammzellen. Unter dem Einfluss von Wachstumsfaktoren reifen innerhalb von wenigen Stunden bis zu circa zehn Tagen die unterschiedlichen Zellen des Blutsystems heran. HES-Zelle: Humane embryonale Stammzelle (siehe ES-Zelle). 67
Glossar Hybrid: Uneinheitlich gebrauchter Begriff. Nachkomme von erb-ungleichen, gemeint hier: artverschiedenen Eltern; in der aktuellen Diskussion auch gebraucht für eine Mischung zwischen menschlichem und tierischem Zellmaterial, zum Beispiel einem Kern einer menschlichen Körperzelle und einer entkernten Eizelle von Kaninchen. Alle Körperzellen eines hybriden Individuums sind genetisch gleich, im Unterschied zu Chimären. Ein Beispiel aus dem Tierreich ist der Maulesel, eine Kreuzung zwischen Pferd und Esel. In vitro: „Im Glas“ (Reagenzglas, in Zellkultur etc.). Gemeint ist die Erzeugung außerhalb des Organismus, im Unterschied zu in vivo, im lebenden Organismus. In vitro-Fertilisation: Extrakorporale Befruchtung, Befruchtung einer Eizelle mit einem Spermium außerhalb des Körpers. Keimblätter: Keimblätter bezeichnen in der Entwicklungsbiologie der vielzelligen Tiere eine erste Differenzierung eines Embryos in verschiedene Zellschichten, aus denen sich anschließend unterschiedliche Strukturen, Gewebe und Organe entwickeln. Man unterscheidet Ektoderm, Mesoderm und Entoderm (äußeres, mittleres und inneres Keimblatt). Keimzellen: Eizellen und Samenzellen. Reife Keimzellen enthalten die Chromosomen in einfacher Kopie (haploider Chromosomensatz). Nach Verschmelzung zweier Keimzellen (Eizelle und Samenzelle) ist wieder der doppelte (diploide) Chromosomensatz erreicht. Kerntransfer: Übertragung eines Zellkerns in eine entkernte Eizelle. Klonierung, Klonen: Kopieren und identisches Vermehren. Wird im Zusammenhang mit Molekülen, Zellen, Geweben, Pflanzen (Ableger), Tieren und Menschen verwendet. Klone sind gen-identische Kopien. Körperzelle: Jede Zelle eines Embryos, Fötus oder geborenen Menschen, die nicht dazu bestimmt ist, sich zu einer Keimzelle zu entwickeln. Alle Körperzellen enthalten die Chromosomen eines Menschen in doppelter Ausfertigung und verfügen in der Regel über die gleiche genetische Information. Marker: Als Marker (deutsch „Markierung“, auch Markergen genannt) bezeichnet man in der Molekularbiologie eine bekannte DNA-Sequenz (ein Gen oder ein Teil eines Gens), deren Produkt dem Organismus einen Phänotyp verleiht, anhand dessen man Träger dieser Sequenz identifizieren beziehungsweise charakterisieren kann. Mesenchymale Stammzelle: Unter Mesenchym (griech.: das Mittenhineingegossene) versteht man das embryonale Bindegewebe. Es entsteht durch Loslösung von Zellen aus den Keimblättern des Embryos, vor allem aus dem mittleren. Mesenchym besteht aus sternförmig verzweigten Mesenchymzellen. Sie stehen über Zytoplasmafortsätze miteinander in Verbindung. Sie besitzen eine hohe Teilungsfähigkeit (Mitoserate) und können sich in verschiedene mesenchymale Gewebe (zum Beispiel Knorpel, Knochen, Skelettmuskel, Fett, Sehnen) differenzieren, sind also multipotent. 68
Glossar Murin: Von der Maus abstammend. Oozyte: Auch Ovum. Eizelle, weibliche Keimzelle. Pluripotenz: „Vielseitige Entwicklungsfähigkeit“. Pluripotente Zellen können sich in sehr viele unterschiedliche Gewebe und Zelltypen eines Organismus entwickeln, jedoch nicht ein ganzes Individuum bilden. Primordiale Keimzelle: Anlagen der Keimzellen. Zellen, aus denen über einer Reihe von Entwicklungsstadien die Keimzellen entstehen. Primordiale Keimzellen haben im Gegensatz zu reifen Keimzellen die Chromosomenzahl einer Körperzelle, den doppelten Chromosomensatz. Sie unterscheiden sich von adulten und embryonalen Stammzellen durch Art und Ausmaß des DNA-Methylierungsmusters (Imprinting), das für die Regulation der Genaktivität von Bedeutung ist. Proliferation: Zellteilung. Biologischer Prozess, der das Wachstum und die Fortpflanzung aller Lebewesen gewährleistet. Bei der Mitose (nichtgeschlechtliche Zellkernteilung) der Eukaryoten (Lebewesen mit Zellkern und Zellmembran) ist nach der Teilung das Erbgut (Desoxyribonukleinsäure, DNA) der Tochterzellen identisch mit dem der Elternzelle. Bei der (symmetrischen) Zellteilung entstehen aus einer Zelle zwei neue gleichwertige Zellen. Bei der asymmetrischen Zellteilung entsteht eine differenzierte Zelle, während die andere Zelle sich als undifferenzierte Zelle vermehrt („self-renewal“). Insbesondere adulte Stammzellen zeichnen sich durch die Fähigkeit zur asymmetrischen Zellteilung aus. Wenn in einem Organismus die Zellteilung unkontrolliert abläuft, spricht man von Wucherungen, Geschwüren oder Tumoren. Krebs ist eine der gravierendsten Störungen dieser Art. Reprogrammierung: Umkehrung der Differenzierung. Eine Reprogrammierung des Zellkerns einer ausdifferenzierten Körperzelle auf das noch völlig undifferenzierte Niveau einer befruchteten Eizelle wurde durch Vereinigung einer Körperzelle (beziehungsweise deren Zellkern) mit einer entkernten Eizelle im Falle von Schafen, Mäusen, Rindern, Schwein und Ziege erreicht („Dolly-Klonierungsmethode“). Der Mechanismus dieses Vorgangs ist noch ungeklärt. Somatische Stammzelle: Siehe adulte Stammzelle. Somiten: Vorübergehend im Embryo auftretende Vorläufer der Muskeln. Sie entstehen als einzelne Segmente aus dem Mesoderm, dem mittleren Keimblatt. Ihre Anzahl und Verteilung ist ein Maß für das Alter des sich entwickelnden Embryos. Telomere: Telomere sind die natürlichen Chromosomenenden und schützen diese vor Instabilität. Bei jeder Zellteilung verkürzen sich die Telomere. Sie sind also ein Maß für die Zellalterung (Seneszenz) und bei Erreichen eines kritischen Minimums kommt es zum Zelltod. Tissue engineering: Zusammensetzung aus „tissue“ (engl.: Gewebe) und „engineering“ (engl.: Ingenieurwissenschaft, Konstruktion). „Tissue engineering“ 69
Glossar bezeichnet die Technik der Kultivierung lebenden Gewebes außerhalb des Körpers, um es später wieder in den Körper einzubringen. Das Ziel ist dabei, ausgefallene Gewebe- oder Gewebefunktionen zu ersetzen. Die dreidimensionale Nachahmung eines morphologisch und funktionell komplexen Gewebes oder Organs ist bislang nicht möglich. Ein Beispiel für „tissue engineering“ ist der Knorpelersatz im Kniegelenk und der Hautersatz bei Patienten mit schweren Verbrennungen. Transkription: Transkription (lat. trans: jenseits, hinüber; scribere: schreiben) ist in der Biologie der erste Schritt der Proteinbiosynthese sowie die Synthese der tRNA und der rRNA. Bei der Transkription wird ein Gen abgelesen und als mRNA-Molekül vervielfältigt, das heißt, ein spezifischer DNA-Abschnitt dient als Vorlage zur Synthese eines neuen RNA-Strangs. Bei diesem Vorgang werden die Nukleinbasen der DNA (A, T, C, G) in die Nukleinbasen der RNA (U, A, G, C) umgeschrieben. Xenogen: Von anderen Lebewesen stammend. Zellkultur: Eine Zellkultur ist die Kultivierung tierischer oder pflanzlicher Zellen in einem Nährmedium außerhalb des Organismus. Tierische Zellen werden (in der Regel) in einem definierten Nährmedium unter Zusatz von fetalem Kälberserum kultiviert. ES-Zellen werden meist auf sogenannten „Feeder-Zellen“ (Nährzellen) im undifferenzierten Zustand vermehrt. Zytoplasma: Inhalt einer Zelle mit Ausnahme des Zellkerns. Zytoplasma besteht aus einem gallertartigen bis flüssigen Medium und aus zahlreichen Zellorganellen sowie einem filamentösen Netzwerk, dem Zytoskelett. Die meisten essenziellen Zellfunktionen und Stoffwechselvorgänge finden im Zytoplasma statt. Dieses ist zum Zellkern durch die Kernmembran, zur Außenwelt durch die Zellmembran abgegrenzt.
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Mitglieder der Arbeitsgruppe
Auf Vorschlag der Senatskommission für Grundsatzfragen der Genforschung wurde eine Expertengruppe unter dem Vorsitz von Herrn Vizepräsident Professor Hacker zur Erarbeitung der Stellungnahme eingesetzt.
Mitglieder der Arbeitsgruppe waren: Prof. Dr. Claus-Rainer Bartram – Mitglied der Senatskommission für Grundsatzfragen der Genforschung –
Institut für Humangenetik der Universität Im Neuenheimer Feld 328 69120 Heidelberg
Prof. Dr. Oliver Brüstle
Institut für Rekonstruktive Neurobiologie Universitätskliniken Bonn Sigmund-Freud-Straße 25 53127 Bonn
Prof. Dr. Bärbel Friedrich
Institut für Biologie Arbeitsbereich Mikrobiologie Humboldt-Universität Berlin Unter den Linden 6 10117 Berlin
Prof. Dr. Axel Haverich – Mitglied der Senatskommission für Klinische Forschung –
Klinik für Thorax-, Herzund Gefäßchirurgie Medizinische Hochschule Hannover Carl-Neuberg-Straße 1 30625 Hannover
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Mitglieder der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Jörg Hinrich Hacker – Vizepräsident der DFG, Sprecher der Arbeitsgruppe –
Institut für Molekulare Infektionsbiologie Bayerische Julius-MaximiliansUniversität Würzburg Röntgenring 11 97070 Würzburg
Prof. Dr. Hans Robert Schöler
Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin Abteilung Zell- und Entwicklungsbiologie Röntgenstraße 20 48149 Münster
Prof. Dr. Bettina Schöne-Seifert – Mitglied der Senatskommission für Grundsatzfragen der Genforschung –
Institut für Ethik, Geschichte und Theorie der Medizin Westfälische Wilhelms-Universität Münster Von-Esmarch-Straße 62 48149 Münster
Prof. Dr. Angelika Schnieke
Department für Tierwissenschaften Technische Universität München Weihenstephaner Berg 3 85354 Freising
Prof. Dr. Klaus Tanner
Institut für Systematische Theologie Theologische Fakultät Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Franckeplatz 1 06110 Halle
Prof. Dr. Jochen Taupitz – Mitglied der Senatskommission für Grundsatzfragen der Genforschung –
Institut für Deutsches, Europäisches und Internationales Medizin-, Gesundheitsrecht und Bioethik der Universitäten Heidelberg und Mannheim Schloss 68131 Mannheim
Prof. Dr. Anna M. Wobus
Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Corrensstraße 3 06466 Gatersleben
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Mitglieder der Arbeitsgruppe Von der Geschäftsstelle der DFG: Dr. Annette Schmidtmann
Dr. Sandra Westerburg Dr. Tobias Grimm (Ansprechpartner) Dr. Cornelia Pretzer Dr. Katharina Hein
Gruppe Graduiertenkollegs, Graduiertenschulen, Nachwuchsförderung (bis 31. 10. 2006 Fachgruppe Lebenswissenschaften) Justitiariat Fachgruppe Lebenswissenschaften Bereich Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Fachgruppe Lebenswissenschaften
Deutsche Forschungsgemeinschaft Kennedyallee 40 53175 Bonn Für die Unterstützung bei der Herstellung der Abbildungen danken wir Frau Hilde Merkert, Institut für Molekulare Infektionsbiologie, Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Röntgenring 11, 97070 Würzburg. Für die Bereitstellung unpublizierter Daten bedanken wir uns bei Herrn Dr. Peter Löser, Geschäftsstelle der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung (ZES), Robert-Koch-Institut, Seestraße 10, 13353 Berlin.
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Addenda
Gesetz zur Sicherstellung des Embryonenschutzes im Zusammenhang mit Einfuhr und Verwendung menschlicher embryonaler Stammzellen (Stammzellgesetz – StZG) Vom 28. Juni 2002, BGBl. I S. 2277 Der Bundestag hat das folgende Gesetz beschlossen: Inhaltsübersicht §1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 §8 §9 § 10 § 11 § 12 § 13 § 14 § 15 § 16
Zweck des Gesetzes Anwendungsbereich Begriffsbestimmungen Einfuhr und Verwendung embryonaler Stammzellen Forschung an embryonalen Stammzellen Genehmigung Zuständige Behörde Zentrale Ethik-Kommission für Stammzellenforschung Aufgaben der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung Vertraulichkeit von Angaben Register Anzeigepflicht Strafvorschriften Bußgeldvorschriften Bericht Inkrafttreten
§ 1 Zweck des Gesetzes Zweck dieses Gesetzes ist es, im Hinblick auf die staatliche Verpflichtung, die Menschenwürde und das Recht auf Leben zu achten und zu schützen und die Freiheit der Forschung zu gewährleisten, 1. die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen grundsätzlich zu verbieten, 2. zu vermeiden, dass von Deutschland aus eine Gewinnung embryonaler Stammzellen oder eine Erzeugung von Embryonen zur Gewinnung embryonaler Stammzellen veranlasst wird, und 3. die Voraussetzungen zu bestimmen, unter denen die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen ausnahmsweise zu Forschungszwecken zugelassen sind. § 2 Anwendungsbereich Dieses Gesetz gilt für die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen.
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Addenda § 3 Begriffsbestimmungen Im Sinne dieses Gesetzes 1. sind Stammzellen alle menschlichen Zellen, die die Fähigkeit besitzen, in entsprechender Umgebung sich selbst durch Zellteilung zu vermehren, und die sich selbst oder deren Tochterzellen sich unter geeigneten Bedingungen zu Zellen unterschiedlicher Spezialisierung, jedoch nicht zu einem Individuum zu entwickeln vermögen (pluripotente Stammzellen), 2. sind embryonale Stammzellen alle aus Embryonen, die extrakorporal erzeugt und nicht zur Herbeiführung einer Schwangerschaft verwendet worden sind oder einer Frau vor Abschluss ihrer Einnistung in der Gebärmutter entnommen wurden, gewonnenen pluripotenten Stammzellen, 3. sind embryonale Stammzell-Linien alle embryonalen Stammzellen, die in Kultur gehalten werden oder im Anschluss daran kryokonserviert gelagert werden, 4. ist Embryo bereits jede menschliche totipotente Zelle, die sich bei Vorliegen der dafür erforderlichen weiteren Voraussetzungen zu teilen und zu einem Individuum zu entwickeln vermag, 5. ist Einfuhr das Verbringen embryonaler Stammzellen in den Geltungsbereich dieses Gesetzes. § 4 Einfuhr und Verwendung embryonaler Stammzellen (1) Die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen ist verboten. (2) Abweichend von Absatz 1 sind die Einfuhr und die Verwendung embryonaler Stammzellen zu Forschungszwecken unter den in § 6 genannten Voraussetzungen zulässig, wenn 1. zur Überzeugung der Genehmigungsbehörde feststeht, dass a) die embryonalen Stammzellen in Übereinstimmung mit der Rechtslage im Herkunftsland dort vor dem 1. Januar 2002 gewonnen wurden und in Kultur gehalten werden oder im Anschluss daran kryokonserviert gelagert werden (embryonale Stammzell-Linie), b)
die Embryonen, aus denen sie gewonnen wurden, im Wege der medizinisch unterstützten extrakorporalen Befruchtung zum Zwecke der Herbeiführung einer Schwangerschaft erzeugt worden sind, sie endgültig nicht mehr für diesen Zweck verwendet wurden und keine Anhaltspunkte dafür vorliegen, dass dies aus Gründen erfolgte, die an den Embryonen selbst liegen,
c) für die Überlassung der Embryonen zur Stammzellgewinnung kein Entgelt oder sonstiger geldwerter Vorteil gewährt oder versprochen wurde und 2. der Einfuhr oder Verwendung der embryonalen Stammzellen sonstige gesetzliche Vorschriften, insbesondere solche des Embryonenschutzgesetzes, nicht entgegenstehen. (3) Die Genehmigung ist zu versagen, wenn die Gewinnung der embryonalen Stammzellen offensichtlich im Widerspruch zu tragenden Grundsätzen der deutschen Rechtsordnung erfolgt ist. Die Versagung kann nicht damit begründet werden, dass die Stammzellen aus menschlichen Embryonen gewonnen wurden.
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Stammzellgesetz § 5 Forschung an embryonalen Stammzellen Forschungsarbeiten an embryonalen Stammzellen dürfen nur durchgeführt werden, wenn wissenschaftlich begründet dargelegt ist, dass 1. sie hochrangigen Forschungszielen für den wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn im Rahmen der Grundlagenforschung oder für die Erweiterung medizinischer Kenntnisse bei der Entwicklung diagnostischer, präventiver oder therapeutischer Verfahren zur Anwendung bei Menschen dienen und 2. nach dem anerkannten Stand von Wissenschaft und Technik a) die im Forschungsvorhaben vorgesehenen Fragestellungen so weit wie möglich bereits in In-vitro-Modellen mit tierischen Zellen oder in Tierversuchen vorgeklärt worden sind und b)
der mit dem Forschungsvorhaben angestrebte wissenschaftliche Erkenntnisgewinn sich voraussichtlich nur mit embryonalen Stammzellen erreichen lässt.
§ 6 Genehmigung (1) Jede Einfuhr und jede Verwendung embryonaler Stammzellen bedarf der Genehmigung durch die zuständige Behörde. (2) Der Antrag auf Genehmigung bedarf der Schriftform. Der Antragsteller hat in den Antragsunterlagen insbesondere folgende Angaben zu machen: 1. den Namen und die berufliche Anschrift der für das Forschungsvorhaben verantwortlichen Person, 2. eine Beschreibung des Forschungsvorhabens einschließlich einer wissenschaftlich begründeten Darlegung, dass das Forschungsvorhaben den Anforderungen nach § 5 entspricht, 3. eine Dokumentation der für die Einfuhr oder Verwendung vorgesehenen embryonalen Stammzellen darüber, dass die Voraussetzungen nach § 4 Abs. 2 Nr. 1 erfüllt sind; der Dokumentation steht ein Nachweis gleich, der belegt, dass a) die vorgesehenen embryonalen Stammzellen mit denjenigen identisch sind, die in einem wissenschaftlich anerkannten, öffentlich zugänglichen und durch staatliche oder staatlich autorisierte Stellen geführten Register eingetragen sind, und b)
durch diese Eintragung die Voraussetzungen nach § 4 Abs. 2 Nr. 1 erfüllt sind.
(3) Die zuständige Behörde hat dem Antragsteller den Eingang des Antrags und der beigefügten Unterlagen unverzüglich schriftlich zu bestätigen. Sie holt zugleich die Stellungnahme der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung ein. Nach Eingang der Stellungnahme teilt sie dem Antragsteller die Stellungnahme und den Zeitpunkt der Beschlussfassung der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung mit. (4) Die Genehmigung ist zu erteilen, wenn 1. die Voraussetzungen nach § 4 Abs. 2 erfüllt sind, 2. die Voraussetzungen nach § 5 erfüllt sind und das Forschungsvorhaben in diesem Sinne ethisch vertretbar ist und 3. eine Stellungnahme der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung nach Beteiligung durch die zuständige Behörde vorliegt. (5) Liegen die vollständigen Antragsunterlagen sowie eine Stellungnahme der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung vor, so hat die Behörde über den Antrag in-
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Addenda nerhalb von zwei Monaten schriftlich zu entscheiden. Die Behörde hat bei ihrer Entscheidung die Stellungnahme der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung zu berücksichtigen. Weicht die zuständige Behörde bei ihrer Entscheidung von der Stellungnahme der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung ab, so hat sie die Gründe hierfür schriftlich darzulegen. (6) Die Genehmigung kann unter Auflagen und Bedingungen erteilt und befristet werden, soweit dies zur Erfüllung oder fortlaufenden Einhaltung der Genehmigungsvoraussetzungen nach Absatz 4 erforderlich ist. Treten nach Erteilung der Genehmigung Tatsachen ein, die der Genehmigung entgegenstehen, kann die Genehmigung mit Wirkung für die Zukunft ganz oder teilweise widerrufen oder von der Erfüllung von Auflagen abhängig gemacht oder befristet werden, soweit dies zur Erfüllung oder fortlaufenden Einhaltung der Genehmigungsvoraussetzungen nach Absatz 4 erforderlich ist. Widerspruch und Anfechtungsklage gegen die Rücknahme oder den Widerruf der Genehmigung haben keine aufschiebende Wirkung. § 7 Zuständige Behörde (1) Zuständige Behörde ist eine durch Rechtsverordnung des Bundesministeriums für Gesundheit zu bestimmende Behörde aus seinem Geschäftsbereich. Sie führt die ihr nach diesem Gesetz übertragenen Aufgaben als Verwaltungsaufgaben des Bundes durch und untersteht der Fachaufsicht des Bundesministeriums für Gesundheit. (2) Für Amtshandlungen nach diesem Gesetz sind Kosten (Gebühren und Auslagen) zu erheben. Das Verwaltungskostengesetz findet Anwendung. Von der Zahlung von Gebühren sind außer den in § 8 Abs. 1 des Verwaltungskostengesetzes bezeichneten Rechtsträgern die als gemeinnützig anerkannten Forschungseinrichtungen befreit. (3) Das Bundesministerium für Gesundheit wird ermächtigt, im Einvernehmen mit dem Bundesministerium für Bildung und Forschung durch Rechtsverordnung die gebührenpflichtigen Tatbestände zu bestimmen und dabei feste Sätze oder Rahmensätze vorzusehen. Dabei ist die Bedeutung, der wirtschaftliche Wert oder der sonstige Nutzen für die Gebührenschuldner angemessen zu berücksichtigen. In der Rechtsverordnung kann bestimmt werden, dass eine Gebühr auch für eine Amtshandlung erhoben werden kann, die nicht zu Ende geführt worden ist, wenn die Gründe hierfür von demjenigen zu vertreten sind, der die Amtshandlung veranlasst hat. (4) Die bei der Erfüllung von Auskunftspflichten im Rahmen des Genehmigungsverfahrens entstehenden eigenen Aufwendungen des Antragstellers sind nicht zu erstatten. § 8 Zentrale Ethik-Kommission für Stammzellenforschung (1) Bei der zuständigen Behörde wird eine interdisziplinär zusammengesetzte, unabhängige Zentrale Ethik-Kommission für Stammzellenforschung eingerichtet, die sich aus neun Sachverständigen der Fachrichtungen Biologie, Ethik, Medizin und Theologie zusammensetzt. Vier der Sachverständigen werden aus den Fachrichtungen Ethik und Theologie, fünf der Sachverständigen aus den Fachrichtungen Biologie und Medizin berufen. Die Kommission wählt aus ihrer Mitte Vorsitz und Stellvertretung. (2) Die Mitglieder der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung werden von der Bundesregierung für die Dauer von drei Jahren berufen. Die Wiederberufung ist zulässig. Für jedes Mitglied wird in der Regel ein stellvertretendes Mitglied bestellt. (3) Die Mitglieder und die stellvertretenden Mitglieder sind unabhängig und an Weisungen nicht gebunden. Sie sind zur Verschwiegenheit verpflichtet. Die §§ 20 und 21 des Verwaltungsverfahrensgesetzes gelten entsprechend.
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Stammzellgesetz (4) Die Bundesregierung wird ermächtigt, durch Rechtsverordnung das Nähere über die Berufung und das Verfahren der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung, die Heranziehung externer Sachverständiger sowie die Zusammenarbeit mit der zuständigen Behörde einschließlich der Fristen zu regeln. § 9 Aufgaben der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung Die Zentrale Ethik-Kommission für Stammzellenforschung prüft und bewertet anhand der eingereichten Unterlagen, ob die Voraussetzungen nach § 5 erfüllt sind und das Forschungsvorhaben in diesem Sinne ethisch vertretbar ist. § 10 Vertraulichkeit von Angaben (1) Die Antragsunterlagen nach § 6 sind vertraulich zu behandeln. (2) Abweichend von Absatz 1 können für die Aufnahme in das Register nach § 11 verwendet werden 1. die Angaben über die embryonalen Stammzellen nach § 4 Abs. 2 Nr. 1, 2. der Name und die berufliche Anschrift der für das Forschungsvorhaben verantwortlichen Person, 3. die Grunddaten des Forschungsvorhabens, insbesondere eine zusammenfassende Darstellung der geplanten Forschungsarbeiten einschließlich der maßgeblichen Gründe für ihre Hochrangigkeit, die Institution, in der sie durchgeführt werden sollen, und ihre voraussichtliche Dauer. (3) Wird der Antrag vor der Entscheidung über die Genehmigung zurückgezogen, hat die zuständige Behörde die über die Antragsunterlagen gespeicherten Daten zu löschen und die Antragsunterlagen zurückzugeben. § 11 Register Die Angaben über die embryonalen Stammzeilen und die Grunddaten der genehmigten Forschungsvorhaben werden durch die zuständige Behörde in einem öffentlich zugänglichen Register geführt. § 12 Anzeigepflicht Die für das Forschungsvorhaben verantwortliche Person hat wesentliche nachträglich eingetretene Änderungen, die die Zulässigkeit der Einfuhr oder der Verwendung der embryonalen Stammzellen betreffen, unverzüglich der zuständigen Behörde anzuzeigen. § 6 bleibt unberührt. § 13 Strafvorschriften (1) Mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer ohne Genehmigung nach § 6 Abs. 1 embryonale Stammzellen einführt oder verwendet. Ohne Genehmigung im Sinne des Satzes 1 handelt auch, wer auf Grund einer durch vorsätzlich falsche Angaben erschlichenen Genehmigung handelt. Der Versuch ist strafbar. (2) Mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer einer vollziehbaren Auflage nach § 6 Abs. 6 Satz 1 oder 2 zuwiderhandelt.
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Addenda § 14 Bußgeldvorschriften (1) Ordnungswidrig handelt, wer 1. entgegen § 6 Abs. 2 Satz 2 eine dort genannte Angabe nicht richtig oder nicht vollständig macht oder 2. entgegen § 12 Satz 1 eine Anzeige nicht, nicht richtig, nicht vollständig oder nicht rechtzeitig erstattet. (2) Die Ordnungswidrigkeit kann mit einer Geldbuße bis zu fünfzigtausend Euro geahndet werden. § 15 Bericht Die Bundesregierung übermittelt dem Deutschen Bundestag im Abstand von zwei Jahren, erstmals zum Ablauf des Jahres 2003, einen Erfahrungsbericht über die Durchführung des Gesetzes. Der Bericht stellt auch die Ergebnisse der Forschung an anderen Formen menschlicher Stammzellen dar. § 16 Inkrafttreten Dieses Gesetz tritt am ersten Tag des auf die Verkündung folgenden Monats in Kraft. Die verfassungsmäßigen Rechte des Bundesrates sind gewahrt. Das vorstehende Gesetz wird hiermit ausgefertigt. Es ist im Bundesgesetzblatt zu verkünden. Berlin, den 28. Juni 2002 Für den Bundespräsidenten Der Präsident des Bundesrates Klaus Wowereit Der Bundeskanzler Gerhard Schröder Die Bundesministerin für Bildung und Forschung Edelgard Bulmahn Die Bundesministerin für Gesundheit Ulla Schmidt
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Embryonenschutzgesetz Gesetz zum Schutz von Embryonen (Embryonenschutzgesetz – EschG) In der Fassung der Bekanntmachung vom 13. Dezember 1990 – BGBl. I S. 2747 Inhaltsübersicht §1 §2 §3 §4 §5 §6 §7 §8 §9 § 10 § 11 § 12 § 13
Mißbräuchliche Anwendung von Fortpflanzungstechniken Mißbräuchliche Verwendung menschlicher Embryonen Verbotene Geschlechtswahl Eigenmächtige Befruchtung, eigenmächtige Embryoübertragung und künstliche Befruchtung nach dem Tode Künstliche Veränderung menschlicher Keimbahnzellen Klonen Chimären- und Hybridbildung Begriffsbestimmung Arztvorbehalt Freiwillige Mitwirkung Verstoß gegen den Arztvorbehalt Bußgeldvorschriften Inkrafttreten
Der Bundestag hat das folgende Gesetz beschlossen: § 1 Mißbräuchliche Anwendung von Fortpflanzungstechniken (1) Mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer 1. auf eine Frau eine fremde unbefruchtete Eizelle überträgt, 2. es unternimmt, eine Eizelle zu einem anderen Zweck künstlich zu befruchten, als eine Schwangerschaft der Frau herbeizuführen, von der die Eizelle stammt, 3. es unternimmt, innerhalb eines Zyklus mehr als drei Embryonen auf eine Frau zu übertragen, 4. es unternimmt, durch intratubaren Gametentransfer innerhalb eines Zyklus mehr als drei Eizellen zu befruchten, 5. es unternimmt, mehr Eizellen einer Frau zu befruchten, als ihr innerhalb eines Zyklus übertragen werden sollen, 6. einer Frau einen Embryo vor Abschluß seiner Einnistung in der Gebärmutter entnimmt, um diesen auf eine andere Frau zu übertragen oder ihn für einen nicht seiner Erhaltung dienenden Zweck zu verwenden, oder 7. es unternimmt, bei einer Frau, welche bereit ist, ihr Kind nach der Geburt Dritten auf Dauer zu überlassen (Ersatzmutter), eine künstliche Befruchtung durchzuführen oder auf sie einen menschlichen Embryo zu übertragen. (2) Ebenso wird bestraft, wer 1. künstlich bewirkt, daß eine menschliche Samenzelle in eine menschliche Eizelle eindringt, oder 2. eine menschliche Samenzelle in eine menschliche Eizelle künstlich verbringt, ohne eine Schwangerschaft der Frau herbeiführen zu wollen, von der die Eizelle stammt.
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Addenda (3) Nicht bestraft werden 1. in den Fällen des Absatzes 1 Nr. 1, 2 und 6 die Frau, von der die Eizelle oder der Embryo stammt, sowie die Frau, auf die die Eizelle übertragen wird oder der Embryo übertragen werden soll, und 2. in den Fällen des Absatzes 1 Nr. 7 die Ersatzmutter sowie die Person, die das Kind auf Dauer bei sich aufnehmen will. (4) In den Fällen des Absatzes 1 Nr. 6 und des Absatzes 2 ist der Versuch strafbar. § 2 Mißbräuchliche Verwendung menschlicher Embryonen (1) Wer einen extrakorporal erzeugten oder einer Frau vor Abschluß seiner Einnistung in der Gebärmutter entnommenen menschlichen Embryo veräußert oder zu einem nicht seiner Erhaltung dienenden Zweck abgibt, erwirbt oder verwendet, wird mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder mit Geldstrafe bestraft. (2) Ebenso wird bestraft, wer zu einem anderen Zweck als der Herbeiführung einer Schwangerschaft bewirkt, daß sich ein menschlicher Embryo extrakorporal weiterentwikkelt. (3) Der Versuch ist strafbar. § 3 Verbotene Geschlechtswahl Wer es unternimmt, eine menschliche Eizelle mit einer Samenzelle künstlich zu befruchten, die nach dem in ihr enthaltenen Geschlechtschromosom ausgewählt worden ist, wird mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe bestraft. Dies gilt nicht, wenn die Auswahl der Samenzelle durch einen Arzt dazu dient, das Kind vor der Erkrankung an einer Muskeldystrophie vom Typ Duchenne oder einer ähnlich schwerwiegenden geschlechtsgebundenen Erbkrankheit zu bewahren, und die dem Kind drohende Erkrankung von der nach Landesrecht zuständigen Stelle als entsprechend schwerwiegend anerkannt worden ist. § 4 Eigenmächtige Befruchtung, eigenmächtige Embryoübertragung und künstliche Befruchtung nach dem Tode (1) Mit Freiheitsstrafe bis zu drei Jahren oder mit Geldstrafe wird bestraft, wer 1. es unternimmt, eine Eizelle künstlich zu befruchten, ohne daß die Frau, deren Eizelle befruchtet wird, und der Mann, dessen Samenzelle für die Befruchtung verwendet wird, eingewilligt haben, 2. es unternimmt, auf eine Frau ohne deren Einwilligung einen Embryo zu übertragen, oder 3. wissentlich eine Eizelle mit dem Samen eines Mannes nach dessen Tode künstlich befruchtet. (2) Nicht bestraft wird im Fall des Absatzes 1 Nr. 3 die Frau, bei der die künstliche Befruchtung vorgenommen wird. § 5 Künstliche Veränderung menschlicher Keimbahnzellen (1) Wer die Erbinformation einer menschlichen Keimbahnzelle künstlich verändert, wird mit Freiheitsstrafe bis zu fünf Jahren oder mit Geldstrafe bestraft. (2) Ebenso wird bestraft, wer eine menschliche Keimzelle mit künstlich veränderter Erbinformation zur Befruchtung verwendet.
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Embryonenschutzgesetz (3) Der Versuch ist strafbar. (4) Absatz 1 findet keine Anwendung auf 1. eine künstliche Veränderung der Erbinformation einer außerhalb des Körpers befindlichen Keimzelle, wenn ausgeschlossen ist, daß diese zur Befruchtung verwendet wird, 2. eine künstliche Veränderung der Erbinformation einer sonstigen körpereigenen Keimbahnzelle, die einer toten Leibesfrucht, einem Menschen oder einem Verstorbenen entnommen worden ist, wenn ausgeschlossen ist, daß a) diese auf einen Embryo, Foetus oder Menschen übertragen wird oder b) aus ihr eine Keimzelle entsteht, sowie 3. Impfungen, strahlen-, chemotherapeutische oder andere Behandlungen, mit denen eine Veränderung der Erbinformation von Keimbahnzellen nicht beabsichtigt ist. § 6 Klonen (1) Wer künstlich bewirkt, daß ein menschlicher Embryo mit der gleichen Erbinformation wie ein anderer Embryo, ein Foetus, ein Mensch oder ein Verstorbener entsteht, wird mit Freiheitsstrafe bis zu fünf Jahren oder mit Geldstrafe bestraft. (2) Ebenso wird bestraft, wer einen in Absatz 1 bezeichneten Embryo auf eine Frau überträgt. (3) Der Versuch ist strafbar. § 7 Chimären- und Hybridbildung (1) Wer es unternimmt, 1. Embryonen mit unterschiedlichen Erbinformationen unter Verwendung mindestens eines menschlichen Embryos zu einem Zellverband zu vereinigen, 2. mit einem menschlichen Embryo eine Zelle zu verbinden, die eine andere Erbinformation als die Zellen des Embryos enthält und sich mit diesem weiter zu differenzieren vermag, oder 3. durch Befruchtung einer menschlichen Eizelle mit dem Samen eines Tieres oder durch Befruchtung einer tierischen Eizelle mit dem Samen eines Menschen einen differenzierungsfähigen Embryo zu erzeugen, wird mit Freiheitsstrafe bis zu fünf Jahren oder mit Geldstrafe bestraft. (2) Ebenso wird bestraft, wer es unternimmt, 1. einen durch eine Handlung nach Absatz 1 entstandenen Embryo auf a) eine Frau oder b) ein Tier zu übertragen oder 2. einen menschlichen Embryo auf ein Tier zu übertragen. § 8 Begriffsbestimmung (1) Als Embryo im Sinne dieses Gesetzes gilt bereits die befruchtete, entwicklungsfähige menschliche Eizelle vom Zeitpunkt der Kernverschmelzung an, ferner jede einem Embryo
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Addenda entnommene totipotente Zelle, die sich bei Vorliegen der dafür erforderlichen weiteren Voraussetzungen zu teilen und zu einem Individuum zu entwickeln vermag. (2) In den ersten vierundzwanzig Stunden nach der Kernverschmelzung gilt die befruchtete menschliche Eizelle als entwicklungsfähig, es sei denn, daß schon vor Ablauf dieses Zeitraums festgestellt wird, daß sich diese nicht über das Einzellstadium hinaus zu entwickeln vermag. (3) Keimbahnzellen im Sinne dieses Gesetzes sind die Zellen, die in einer Zell-Linie von der befruchteten Eizelle bis zu den Ei- und Samenzellen des aus ihr hervorgegangenen Menschen führen, ferner die Eizelle vom Einbringen oder Eindringen der Samenzelle an bis zu der mit der Kernverschmelzung abgeschlossenen Befruchtung. § 9 Arztvorbehalt Nur ein Arzt darf vornehmen: 1. die künstliche Befruchtung, 2. die Übertragung eines menschlichen Embryos auf eine Frau, 3. die Konservierung eines menschlichen Embryos sowie einer menschlichen Eizelle, in die bereits eine menschliche Samenzelle eingedrungen oder künstlich eingebracht worden ist. § 10 Freiwillige Mitwirkung Niemand ist verpflichtet, Maßnahmen der in § 9 bezeichneten Art vorzunehmen oder an ihnen mitzuwirken. § 11 Verstoß gegen den Arztvorbehalt (1) Wer, ohne Arzt zu sein, 1. entgegen § 9 Nr. 1 eine künstliche Befruchtung vornimmt oder 2. entgegen § 9 Nr. 2 einen menschlichen Embryo auf eine Frau überträgt, wird mit Freiheitsstrafe bis zu einem Jahr oder mit Geldstrafe bestraft. (2) Nicht bestraft werden im Fall des § 9 Nr. 1 die Frau, die eine künstliche Insemination bei sich vornimmt, und der Mann, dessen Samen zu einer künstlichen Insemination verwendet wird. § 12 Bußgeldvorschriften (1) Ordnungswidrig handelt, wer, ohne Arzt zu sein, entgegen § 9 Nr. 3 einen menschlichen Embryo oder eine dort bezeichnete menschliche Eizelle konserviert. (2) Die Ordnungswidrigkeit kann mit einer Geldbuße bis zu fünftausend Deutsche Mark geahndet werden. § 13 Inkrafttreten Dieses Gesetz tritt am 1. Januar 1991 in Kraft.
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Stem Cell Research in Germany – Possibilities and Perspectives
Preface
The Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) presents its third statement on human embryonic stem cell research. This paper summarises the scientific progress that has been made since the previous statements of 1999 and 2001, and the new knowledge obtained in the field of stem cell research. It provides an overview of the comprehensive current data on the usability of adult and/or embryonic stem cells as well as the participation of German scientists in these developments, and from this it derives recommendations for the future framework of stem cell research. Based on the scientific developments and the ethical and legal assessments, the DFG proposes a new evaluation and correction of the present legal regulations of stem cell research. Germany has the potential to play an important future role in fields where stem cell research has left its mark, such as developmental biology or regenerative medicine. However, to take advantage of this opportunity we must ensure that the coming generation of German scientists also focuses on the named scientific disciplines. Important prerequisites for this include abolishing the qualifying date rule, the permission to import embryonic stem cell lines also for diagnostic, preventive and therapeutic purposes, and removing the threat of criminal sanctions for German scientists. With this statement the DFG is fulfilling its statutory obligation to act as the voice of science that, in political and societal discourse, counsels and accompanies political decision-making processes with scientific expertise. The statement represents the results of intensive preparation by the Ad Hoc Committee for “Stem Cells” of the Senate Commission on Genetic Research headed by Professor Dr. Jörg Hinrich Hacker. The Executive Committee and Senate of the DFG have discussed and adopted the recommendations. I would like to take this opportunity to thank the members of the Ad Hoc Committee and all participants for their committed cooperation. With this comprehensive presentation of the status quo and the proposed recommendations, we hope to have provided the general public and those who are politically responsible with both the basis and impetus for a renewed discussion. Bonn, December 2006
Professor Dr. Ernst-Ludwig Winnacker President of the DFG 95
Summary and Recommendations
Summary
The Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, German Research Foundation) has determined that important new information pertinent to stem cell research has developed since its statement of 2001. This holds for the field of tissue-specific adult stem cells, but especially also for research with human embryonic stem cells. Presently, scientific research in Germany only can make limited contributions to the last-named field. To improve this situation, the DFG pleads for sustained intensive funding of research both with adult and embryonic stem cells. To improve the basic conditions for stem cell research, the DFG recommends that the Stem Cell Act be amended as follows in the near future: – German research should be given access to new stem cell lineages, which are produced and used abroad, so long as these originate from “supernumerary” embryos. Therefore, the qualifying date rule should be abolished. – The importation of cell lines also should be permitted if these are intended to be used for diagnostic, preventive and therapeutic purposes. – The threat of criminal sanctions for German scientists should be abolished and the scope of the Stem Cell Act should be clearly limited to Germany.
Recommendations
In May 2001 the DFG published a statement on stem cell research which at the time triggered a spirited public discussion culminating in the “Stem Cell Act” (StZG) being passed by the German Federal Parliament in June 2002. Now after 97
Summary and Recommendations five years of intensive worldwide research in the field of human stem cells and initial experiences with the legal regulations in Germany, it is in the opinion of the DFG once again time, taking ethical and legal aspects into consideration, to reassess the situation. In the opinion of the DFG, it is necessary to pay great attention to the problems of the early phases of human development, the status of the embryo as well as the use of cells and cell products in basic research and therapy. This requires an intensive public discourse with the participation of ethicists, theologians, natural scientists, medical researchers, jurists and representatives from politics and the media. The recommendations for stem cell research in Germany that are presented here are a contribution to this discussion. Based on its earlier assessments and under the consideration of current developments in the sciences, scientific and legal policy, the DFG is presenting a renewed appraisal and the resulting recommendations. 1. Basic and Treatment-oriented Stem Cell Research Stem cell research is an internationally up-and-coming, highly competitive field of research; it is the key technology of regenerative medicine and biotechnology. Because of the special properties of stem cells, especially their capacity to regenerate and develop, they are an excellent research object of cell biology, namely to examine cellular differentiation processes. Together with the tissuespecific stem cells (adult stem cells), it is the human embryonic stem cells (hESCs) that have become the centre of attention during the past few years. In addition to their obvious significance for basic research, it is justifiably hoped that stem cells will play an increasing role in the treatment of diseases that today are still untreatable. New therapies with adult stem cells of the bone marrow are already being evaluated in clinical studies. The development of treatment procedures with human embryonic stem cells is also in high gear internationally. Many applications based on hESCs and cell products for use in cell therapy, biotechnology and pharmacology are already undergoing development. In Germany adult stem cell research is presently receiving priority funding. In contrast, funding for human embryonic stem cell research is limited; this also applies to projects funded by the DFG in all its procedures. In contrast to studies with adult stem cells, the DFG has received only relatively few project applications for research with human embryonic stem cells. 2. Adult Versus Embryonic Stem Cells Since the last DFG statement, a great deal of new knowledge has been obtained concerning both adult and embryonic stem cells. Adult tissue-specific stem cells have been successfully used in certain questions of basic research and in treatment-oriented projects. However, it also became clear that adult stem cells – in contrast to hESCs – possess only a limited potential for reproduction and differentiation into different types of tissue. Furthermore, it remains unclear whether the problems associated with the preparation of certain types of adult stem cells can be solved. Additionally, adult stem cells – no different than hESCs – exhibit 98
Summary and Recommendations the problem of induction of genetic and epigenetic alterations. In contrast to the expectations of 2001, hopes for the functional equivalence of both cell types so far have not been fulfilled. 3. Obstruction by the Existing Qualifying Date Rule Scientific developments concerning stem cells, especially hESCs, are being completed mainly in foreign countries, where this research is being massively funded both publicly and privately. Among other locations, this holds for Southeast Asia and the Pacific region, the USA (especially California), but also Israel, Great Britain and other European countries. Because of extremely restrictive laws, Germany is significantly cut off from this worldwide advance in knowledge both in basic and treatment-oriented research with hESCs. This holds for both academic and industrial areas. Because of the stipulations of the Stem Cell Act, researchers in Germany only can work with such human embryonic stem cell lines that were produced in a foreign country before the qualifying date of 01 January 2002 and that fulfil certain requirements, such as those that are characteristic for inclusion in the “NIH Registry”. These stem cell lines must be derived from “supernumerary” embryos; this means from such embryos that were generated for purposes of reproduction, but no longer can be transferred to a woman. Of the approximately 80 original cell cultures that were started before 01 January 2002, only about 22 lines still show properties of self-renewal and can presently still be used. The seventh European Community Framework Programme (2007–2013) provides more than 50 million euros worth of funding for research in embryonic stem cells. It permits all existing lines to be used, namely also those that were established after 01 January 2002. Therefore, if the legal restrictions were to remain, German scientists would definitely be excluded from many projects of the seventh European Community Framework Programme that is also financed with German funds. While certain basic research questions can be answered with cell lines of the “NIH Registry” that originated before the qualifying date, these cell lines also exhibit a series of serious disadvantages: The cell lines available for research in Germany are not free of contamination by animal cell products or viruses; they have not been isolated and cultured under standardised conditions, which results in varying activity patterns. Furthermore, frequent passaging is associated with the risk of accumulating mutations. Therefore, the DFG is of the opinion that it is in the future urgently necessary for German researchers also to have access to cell lines that have been established after 01 January 2002 and that correspond to the current state of science and technology. 4. Obstruction by Patents and “Material Transfer Agreements” (MTA) Although the introduction of therapeutic procedures based on hESCs is not in the immediate future, developments throughout the world indicate that treatment-oriented research should be intensified. To facilitate future applications, the cell lines used must fulfil certain requirements specified by applicable EU directives (Good Laboratory Practice, Good Manufacturing Practice). The hESC 99
Summary and Recommendations lines established before 01 January 2002 only partially fulfil these standards. Furthermore, these lines usually are protected by patents. Additionally, the manufacturers of these cell lines usually require the conclusion of a “Material Transfer Agreement” (MTA) which especially interferes with the economic exploitation or even makes it impossible. In contrast new stem cell lines have been established during the past few years – homogeneous and free of contaminations – that are also capable of being approved for commercial applications in the EU. A series of these standardised cell lines that are not covered by patents have been documented by the “International Stem Cell Forum” and made available for research. In this way about 150 cell lines, of which 80 are very well characterised, have been registered by the Stem Cell Forum. To also facilitate a potential economic implementation of results from stem cell research in Germany, scientists and companies should be allowed to use these new stem cell lines for scientific, but also for diagnostic, preventive and therapeutic purposes. However, this is momentarily not possible because of the qualifying date rule of the Stem Cell Act. This missing commercial perspective of stem cell research in turn has negative effects on basic research and explains the low number of applications for grants and the importation of cells. 5. Abolition of the Qualifying Date The presently valid qualifying date rule has the objective of preventing German initiation of hESC line production in foreign countries. Overall, the DFG holds it to be extremely unlikely that stem cell lines will be established in foreign countries for the exclusive use of German scientists to initiate or continue projects in Germany. Therefore, it is the opinion of the DFG that the qualifying date rule should be abolished. This would permit the importation of stem cell lines from foreign countries that were produced after 01 January 2002, if they were derived from “supernumerary” embryos. Abolishing the qualifying date rule would strongly improve the competitiveness of German scientists in the field of stem cell research. This also holds for any applications submitted during the seventh European Community Framework Programme, which begins in 2007. 6. Diagnostic, Preventive and Therapeutic Use Under certain conditions, the Stem Cell Act provides for the importation of cell lines for research purposes from foreign countries to Germany. As the development of new application-oriented procedures is slowly becoming a reality, importation for diagnostic, preventative and therapeutic purposes should also be allowed. 7. International Isolation of German Scientists The DFG notes with concern that German scientists are becoming increasingly isolated internationally in the field of stem cell research. This isolation is primarily traceable to the presently valid Stem Cell Act, since it contains significant risks of criminal prosecution. Risks of criminal liability exist in international col100
Summary and Recommendations laborations, for example in EU-financed projects, if the laboratories in foreign countries work with cells that are not approved in Germany and if joint papers based on this research are published. Therefore, foreign scientists are declining to collaborate with German research institutions and to work as guest researchers in Germany, because of the risk of criminal liability to which they too are subjected. Furthermore, legal uncertainty exists concerning the advisory participation of German researchers in international panels, for example in the “International Stem Cell Forum”, if stem cell lines are handled that were established after 01 January 2002. Likewise, legal uncertainty exists in the international exchange of scientists, for example when working in a laboratory in which lines are used that were established after the German qualifying date. This leads to a further isolation of German researchers, especially of young researchers. The resulting discrimination against German scientists is occurring in light of the fact that an increasing number of European countries are reducing the legal restrictions in the field of stem cell research. 8. Legal Certainty for Scientists To strengthen the overall legal certainty for scientists and to support international collaboration in the field of stem cell research, the DFG proposes that the criminalisation of scientists permitted by the Stem Cell Act be eliminated by abolishing the threat of punitive sanctions. The DFG assumes that the scope of application of the Stem Cell Act is explicitly limited to Germany and that punishment of violations is possible with appropriate disciplinary measures. 9. Use of Alternative Cell Systems For about the past two years efforts have been intensified to develop methods that can obtain pluripotent cells while avoiding a totipotent stage. It should be possible to directly obtain pluripotent cells by “reprogramming” differentiated cells. Like hESCs, these cells can be differentiated into diverse cell types. Such developments of alternative cell systems also avoid oocyte donations. hESCs or components of hESCs are used for reprogramming. Intensive research is ongoing to identify the “reprogramming” factors that are responsible for these processes and that ultimately also regulate cellular development in the early stage of life. Many of these approaches are initially being pursued in animal experiments; the implementation in human systems is still in the early stages. The DFG believes that such investigations on the development and characterisation of alternative cell systems are necessary and worth funding. It pleads for carefully monitoring the progress of these studies, reassessing the resulting perspectives and giving them priority consideration in the development of future core research areas. 10. Production of New Stem Cell Lines The last DFG statement in 2001 recommended also creating the necessary prerequisites for establishing new stem cell lines in Germany, under strict conditions. This recommendation was made in light of the fact that only a limited 101
Summary and Recommendations number of cell lines were available internationally. The production of new stem cell lines also in Germany would require an amendment of the Embryo Protection Act. Since the last statement, a series of new stem cell lines have been established. About 150 lines of these are documented in the “International Stem Cell Forum” and in turn 80 of these have been comprehensively characterised. These lines are available for scientific research on a worldwide basis. German scientists in principle also could use those lines that were derived from “supernumerary” embryos. However, presently scientists in Germany are prevented by the Stem Cell Act from using these lines in their research. If the new lines should be made available to German scientists in the foreseeable future (which would be possible if the Stem Cell Act is amended), the current state of scientific knowledge would not urgently necessitate the production of new lines also in Germany. To this extent the possibility of also producing stem cell lines in Germany presently is not a priority concern of the DFG’s research policy. 11. Nuclear Transfer Since the adoption of the last DFG statement in 2001, the method of “somatic cell nuclear transfer” (SCNT or NT) – also called “research cloning” or “therapeutic cloning” – has become the focus of attention. In this method the cell nuclei of somatic cells are transferred to oocytes that have been enucleated for this purpose. New cells and cell aggregates then develop on the basis of the transferred cell nuclei. While this method has been successfully used by many laboratories throughout the world in animal experiments, the SCNT technique has not yet been used to establish human ES cells. The recently published research of W. S. Hwang et al. has been shown to be a falsification. Nevertheless, it is proposed that the establishment of disease-specific cell lines with the SCNT technique in the foreseeable future could be used to obtain new insights into genetically caused diseases. Furthermore, a patient’s own NT cells could be made available for therapeutic purposes. An objection to using the SCNT technique in the human system is the fact that it requires many oocytes to perform such investigations and that it is possible for embryos to result that are capable of developing. Furthermore, fundamental processes of cell biology during the early development of human cells have not yet been adequately clarified to consider using the SCNT method for therapeutic purposes in the human system. The DFG proposes the ongoing monitoring of developments in this field, especially data from animal experiments, and carefully weighing the arguments for and against the preparation of NT-hESCs in the future. 12. Reproductive Cloning A worldwide consensus exists against reproductive cloning in humans. As already discussed in the previous statement, the DFG joins this prohibition without any reservations. This also holds for all approaches that intentionally intervene in the human germline, including the production of chimeras or hybrids.
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Preamble
The DFG statements on stem cell research in 1999 and 2001 have given rise to a lively debate in politics, the sciences and public life concerning the possibilities and limits of this field of research. Scientifically promising findings, ethical reservations and legal considerations were decisive in this discussions. At the end of this discussion process, the German Federal Parliament adopted the Stem Cell Act, which as a political compromise was widely approved. With this present third paper, the DFG is continuing this discussion process from the perspective of current developments in the sciences and research policy. It is especially the state of international scientific knowledge in the field of stem cell research and the consequences that are drawn from it that must lead to a renewed weighing of the facts. Already in 2001, the DFG noted that new possibilities for obtaining and using embryonic stem cells in Germany must be considered if the “pluripotent cell lines available in Germany are objectively shown to be unsuitable” or if “research with these cell lines is restricted in an unjustifiable manner” (see Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2003 b).1 Based on new information, the DFG now from a natural science and science policy perspective sees the need to act and have the Stem Cell Act revised. After a brief introduction, the present paper presents the scientific background (already thoroughly discussed in the last statement) as well as the natural scientific, but also legal and ethical progress of knowledge in working with stem cells. Furthermore, recommendations are presented for working with stem cells in Germany in the future. These recommendations are based on the progress of scientific knowledge, especially in the past five years, as well as on the basic conditions of science and legal policy.
1 The printed version of the statement of 2001 appeared in 2003.
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Introduction
In Germany studies in the field of human embryonic stem cell research are regulated by the Embryo Protection Act and the Stem Cell Act. The Stem Cell Act arose after publication of the second DFG statement on the topic of “Human Embryonic Stem Cells” in 2001 and the resulting broadly based public discussion of the “pros” and “cons” of human embryonic stem cell research. The subsequent parliamentary debate in the German Federal Parliament concerning the permissibility of human embryonic stem cell research at the end of June 2002 led to adoption of the Stem Cell Act (Law to Ensure the Protection of Embryos in Connection with the Importation and Use of Human Embryonic Stem Cells, StZG (BGBl. I S. 2277, 2002)). According to the Embryo Protection Act, the establishment of human embryonic stem cell (hESC) lines in Germany is prohibited by criminal sanctions. As an exception, hESC lines that were established in foreign countries before 01 January 2002 (upon application and evaluation in accordance with § 5 StZG concerning the high-ranking nature of the research and adequate prior clarification) may be imported to Germany for research purposes. Such lines must have been established from “supernumerary” IVF embryos. This means from such embryos that were generated for purposes of reproduction, but no longer can be transferred to a woman. The evaluation is undertaken by an interdisciplinary “Central Ethics Committee for Stem Cell Research” (ZES) composed of natural scientists, medical researchers and humanities scholars. It proceeds in accordance with the Stem Cell Act and the resulting opinions are forwarded to the Robert Koch Institute which makes the final decision concerning the applications. Since the Stem Cell Act has come into force, 20 research applications (status 09 October 2006) for the importation of hESC lines have been approved (current list at www.rki.de). Since publication of the second DFG statement and adoption of the Stem Cell Act, several years of worldwide intensive research, ethical debates and progress in legal knowledge have elapsed. A lot of new data concerning the biology of embryonic and adult stem cells has now been published; it has significantly expanded, modified or fundamentally changed our knowledge of the properties of stem cells in the context of regenerative cell therapies. Adult stem cells (e. g., bone marrow stem cells) already are being used in clinical (phase 1) 105
Introduction studies. For 2006 Geron Co. has announced the use of hESCs in clinical studies (www.newscientist.com, edition of 17 June 2006). hESC lines already are being used to study genetic diseases and new strategies for reprogramming somatic cells are being developed. This progress in the field of stem cell research is only possible through the targeted and significant financial engagement of many countries. Funding programmes involving millions of euros for stem cell research have started in the USA, especially in California, and in the Asian-Pacific region (such as Singapore, South Korea and Australia). Great Britain recently doubled its funding for stem cell research, and also Israel is making great efforts in this field. The basic conditions in Europe are regulated differently in each country and, among other factors, are determined by a country’s sociocultural traditions. In almost all European countries attempts have been made in a difficult balancing of legally protected interests between freedom of research and appropriate embryo protection to arrive at regulations for research on and with hESC lines. However, the relationship between freedom of research and embryo protection is weighted differently in each country; this results in different legal regulations. Several essential key points of the applicable laws are shown in Table 4 (see p. 142). It can be seen that in Germany, in contrast to almost all European countries, freedom of research in this field is most severely restricted (see Chapter 4).
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1 Scientific Background
Because of their inherent properties, their ability to regenerate and their developmental potential, human stem cells are not only a suitable research object for examining developmental and differentiation processes in the human body; they can in the future also serve as a potential cell source for researching and treating many diseases. Therapeutic suitability is especially determined by the different properties of embryonic and adult stem cells (see Table 1). Depending on their origin, a distinction is made between tissue-specific (adult) stem cells, embryonic stem cells (ESCs) and embryonic germ cells (EGCs). ESCs are obtained from the undifferentiated cells of early mammalian embryonic stages, EGCs from the precursors of germ cells from embryos or early foetuses and adult stem cells from the various tissues of an organism. A common characteristic of all stem cells is the ability to self-renew as well as the ability to mature into single or several cell types (to differentiate themselves). The potentials for biological development are present in varying degrees in the embryonic, foetal and adult stem cells. Ideal for cell therapy would be the possibility of removing a patient’s adult cells, transforming them into the required cell type and then treating the patient with these originally autologous cells. These could be either adult stem cells or somatic cells that after reprogramming exhibit characteristics of pluripotent stem cells.
1.1 Properties of Tissue-specific (Adult) Stem Cells
Tissue-specific stem cells (adult stem cells) in the course of embryonic development form the individual tissue and organ systems. Therefore, adult stem cells can renew themselves and develop into specialised cell types. The body needs cells with this ability not only during embryogenesis, but also in adulthood to replace cells that are destroyed by injury or cell loss. 107
1 Scientific Background Table 1 Detailed comparison of the properties of embryonic and adult stem cells (Lemoli et al., 2005) Parameter
ESCs
AS cells
Occurrence
Blastomeres, ICM, blastocysts
Many body tissues
Long-term “self-renewal”
Unlimited symmetrical division
Homeostasis of the adult stem cells during the entire lifetime of the organism
Potentiality
Pluripotency in vivo and in vitro
Multipotency (haematopoietic and mesenchymal stem cells, MAPCs after in vitro culture)
Clonogenicity in vitro
A single ESC can form a clone of undifferentiated, pluripotent ESCs
A single AS cell can form a clone of differentiated cells; the mechanism is unknown in vivo
Cell fate
Can proliferate and differentiate
Can be induced to differentiate
Cell cycle
ESCs are missing the G1 checkpoint; they are predominantly in S phase
AS cells are in the resting phase; they require a stimulus for DNA replication and initiation of the cell cycle
Plasticity
Unlimited capacity to develop into functional cells
Functional plasticity is not yet clearly defined (frequently present at the transcript level)
ESC: AS: G1 phase, S phase: ICM: MAPC:
Embryonic stem cell Adult stem cell Phases of the cell cycle Inner cell mass of the blastocyst Multipotent adult progenitor cell
The ability to regenerate cells and tissues is developed to extremely varying degrees in nature. In lower animals (e. g., planarians and earthworms) and several amphibians (e. g., salamanders and water newts) entire body parts or limbs can once again grow, if they are lost due to injury. In mammals only certain tissues, such as skin, hair, blood and intestinal epithelium, are constantly renewed. These tissues contain highly active stem and precursor cells that are activated if needed. In contrast, other tissues (e. g., heart and pancreas) only contain a small number of stem cells which are difficult to isolate. In several specialised clinics bone marrow stem cells already are being used as a tissue replacement in cartilage and bone defects (Bruder et al., 1994; Caplan, 2005). Clinical studies on the use of bone marrow stem cells for the regeneration of heart tissue in patients who have suffered a myocardial infarction have been underway for several years. However, the results of the myocardial infarction studies are contradictory, a regenerative effect of bone marrow stem cells has not yet been confirmed (see Chapter 2.1.2). Furthermore, the regenera108
1.2 Derivation of Pluripotent Stem Cells and their Properties
Explanation 1: What is totipotency – pluripotency – multipotency? Totipotency: Totipotent cells have the ability to form tissues of all germ layers, including trophoblast cells, and to develop into a viable organism. For example, totipotent cells are fertilised oocytes. Using the nuclear transfer technique (somatic cell nuclear transfer, SCNT or NT, also “Dolly” procedure), it would also be possible to reprogramme adult differentiated cells into a potentially totipotent stage. Pluripotency: Pluripotent stem cells can generate specialised cells of all germ layers as well as germ cells (sperm and oocytes), but are themselves unable to develop into a viable organism. Embryonic stem cells are pluripotent. Multipotency: Multipotent stem cells can develop into different cell types of a certain line. Multipotency has been confirmed for several tissue-specific adult stem cells.
tive ability of skin tissue – in the form of skin cells that have been propagated in cell culture – is used to replace areas of the skin that have been damaged by burns. Also of special significance are the stem cells of the umbilical cord blood that are characterised by low immunity (see Chapter 2.1). In contrast to ESCs, the strategy of using adult stem cells for cell therapy would have the advantage of avoiding rejection reactions, since mostly autologous cells are involved. However, autologous adult stem cells cannot be used if the disease has a genetic basis. Furthermore, not only does the number of adult stem cells decrease during the course of a lifetime, but the cells also age. Presently, it cannot be foreseen which adult stem cells can be used to treat neural diseases.
1.2 Derivation of Pluripotent Stem Cells and their Properties
1.2.1 Embryonic Stem Cells (ESCs) 1.2.1.1 Derivation of Embryonic Stem Cells The term embryo includes different early stages of embryonic development. The status of the “embryo” is thoroughly discussed in Chapter 3.2. The earliest embryonic stage, the fertilised oocyte, is also called the zygote. Later stages are the morula, which consists of 8 to 16 cells, and the blastocyst, which consists of an inner group of cells from which the embryo develops (inner cell mass), and an outer group of cells that form the placenta (see Figure 4). Embryonic devel109
1 Scientific Background opment in humans ends with the completion of the ninth week of development, afterwards the terms foetus and foetal development are used. ESCs are derived from the very early embryonic stages (eight-cell stage up to blastocyst) of mammals. Under certain conditions they can continue to propagate in cell culture without differentiating (Thomson et al., 1998; Thomson and Marshall, 1998). The previously used procedures lead to a destruction of the embryo. More recent studies have shown that at least in the mouse it is possible to establish such cell cultures from only a single (blastomeric) cell and that the embryo remains viable (Chung et al., 2006). Suspicions that this method also can be successfully applied to human cells so far have not been confirmed (Klimanskaya et al., 2006). According to experience gained in working with mouse ESCs, it is possible to cultivate the ESCs removed from embryos as permanent cell lines in a nearly unlimited and undifferentiated state and to store them deep-frozen for long periods of time. It has been shown for hESCs that they can be kept in culture for at least 250 generations and thereby retain their pluripotency (see box for explanation 1) (Amit et al., 2000).
1.2.1.2 Properties of Embryonic Stem Cells ESCs are not only characterised by propagating in culture over the long term; they also can develop into many different somatic cells. To initiate maturation into tissue-specific cell types, the ESCs, for example, are cultivated for several days in the form of cell aggregates. Such cell aggregates are also called embryoid bodies. This designation is confusing since “embryoid bodies” are not embryos and – according to what is presently known – cannot develop further as embryos. Usually the spontaneous maturation of ESCs in culture leads to a mixture of different cell types, including contracting myocardial cells, neuronal cells, fat cells, cells of the immune system and cartilage cells (overview by Wobus and Bohler, 2005). With the assistance of specific growth and differentiation factors, it is now possible to isolate highly pure populations of defined cell types in a targeted manner. The latter is a basic requirement for the therapeutic use of ESCs. Otherwise contamination with immature pluripotent ESCs after transplantation could lead to the formation of undesirable foreign tissue or even tumours (Stevens, 1983).
1.2.1.3 Research on and with Embryonic Stem Cells Research on embryonic stem cells follows different objectives. Basic research is concerned with the question of how and under what conditions such cells develop into certain specialised cell types, what in these processes is specific for the early embryonic development of a healthy human being and what deviations occur in genetic diseases. The possible therapeutic suitability of ESCs concerns their use in cell replacement strategies (see Figure 1 and Chapter 1.2.2). 110
1.2 Derivation of Pluripotent Stem Cells and their Properties
Figure 1 Derivation of hESCs after nuclear transfer as a source of tissue cultivation for transplantation
However, transplantation of non-autologous donor cells derived from ESCs would lead to immunological rejection. This would have to be combated with the same drugs and all their associated side effects as is today necessary and usual in organ transplantation. However, a decisive advantage of ESCs could be the ability to remove, replace or modify practically each of their genes. Therefore, it would be possible to turn off genes whose products participate in the development of a disease or cause rejection reactions in a targeted manner. On the other hand, it would be possible to introduce therapeutically important genes into ESCs before transplantation.
1.2.2 Embryonic Stem Cells after Nuclear Transfer By transferring the nucleus of an adult somatic cell into a previously enucleated oocyte, the nucleus of the somatic cell can be reprogrammed. After transferring such a reconstructed oocyte into an apparently pregnant animal, it is possible 111
1 Scientific Background for a foetus to develop normally. This method, which is called somatic cell nuclear transfer (SCNT), so far has been successfully used in several animal species. It also could be used to generate blastocysts in vitro from which autologous ESCs could be obtained for autologous cell replacement therapy. This is referred to as “research cloning” or “therapeutic cloning”. The NT-ESCs obtained in this way by nuclear transfer (NT) are – with the exception of the mitochondrial genome – identical to the (nuclear) genome of the donor cell. In mouse experiments it has been possible to show that the derived ESCs cannot be distinguished from cells that have formed after fertilisation (Brambrink et al., 2006), although the expression of genes in these constructs can be extremely aberrant. Various laboratories are trying to develop autologous (meaning patient own) replacement cells in the human system for cell transplantation. As in adult autologous stem cells, the problem of immunological incompatibility would not occur and it would not be necessary to suppress the immune response. Another advantage of this method is the possibility of obtaining stem cells from patients with serious diseases and then investigating the modes of formation and treatment options of these diseases using such patient-derived cells (see Chapter 2.2.7).
1.2.3 Embryonic Germ Cells (EGCs) Human embryonic germ cells (hEGCs) can be obtained from the precursor cells of oocytes and sperm cells, the so-called primordial germ cells. hEGCs have been isolated from embryos and respectively foetuses of the fifth to eleventh week of pregnancy (Shamblott et al., 1998, 2001). While in the mouse EGCs, like ESCs, possess a nearly unlimited proliferation and developmental potential, form “embryoid bodies” and can differentiate into a multitude of specialised cell types, the proliferation and developmental capacity of hEGC lines is apparently limited. Even in the laboratories of J. Gearhart and P. Donovan, in which the first hEGCs were obtained (Shamblott et al., 1998), they are hardly used anymore. Although using hEGCs in many countries legally would be much less problematic than using hESCs, they play no more than a subordinate role in scientific research. This also can be seen in the fact that so far only very few studies have been published on the developmental capacity of hEGCs, while hundreds of publications are available on hESCs.
112
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
Since the DFG statement of 2001, intensive research has been conducted throughout the world in the field of adult and embryonic stem cell research and much of the new information obtained presents the previously drawn conclusions in a new light. The following chapters provide an overview of current developments.
2.1 Adult Tissue-specific Stem Cells
Adult, tissue-specific or somatic stem cells are responsible for tissue development and regeneration. They are located in specific tissue compartments (stem cell “niche”) and respond to stimulating or inhibiting signal molecules that are received from the tissue in which they reside or enter. The longest known source of adult stem cells is the blood. One out of 10,000 cells in the bone marrow is a stem cell, whereby a single stem cell can generate the entire haematopoietic system of an organism (Osawa et al., 1996). Stem cells can be isolated and transferred to other organisms. This property is the basis for the already for many years clinically successful transplantations of haematopoietic stem cells from the bone marrow to treat blood diseases or to treat cancer patients after chemotherapy. A problem of somatic stem cell research that has persisted for many years is either the absence of distinct stem cell markers and/or the fact that stem cells can only be isolated in small quantities from the healthy donor organism or can be propagated only to a limited extent in vitro. Haematopoietic stem cells from the bone marrow or the umbilical cord blood can be preserved in a viable state in blood cell banks; attempts at in vitro propagation of haematopoietic stem cells have resulted in initial successes, but not a breakthrough. The use of stem cells from other than the original organ is presently being controversially discussed (see Chapter 2.1.2) and the therapeutic use of tissue-specific stem cells so far is only possible in exceptional cases. 113
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
2.1.1 Developmental Potential of Stem and Precursor Cells In addition to the haematopoietic stem cells the bone marrow also contains mesenchymal stem cells which – among other cells – can differentiate into fat, cartilage, bone, tendon or muscle cells. An additional source for the preparation of somatic stem cells is the umbilical cord blood. It contains not only stem cells of the haematopoietic system, but also mesenchymal stem cells (Erices et al., 2000). Because of their ability to differentiate into various mesenchymal cell types, mesenchymal stem cells have long stood at the centre of stem cell research and “tissue engineering”. Mesenchymal cells with an expanded developmental potential, so-called “multipotent adult progenitor cells” (MAPCs; Reyes et al., 2001; Jiang et al., 2002 a; Jiang et al., 2002 b) or “marrow-isolated adult multilineage inducible (MIAMI) cells” (D’Ippolito et al., 2004), have been isolated from the bone marrow of mice and humans and then cultivated. The cells exhibited a high proliferation rate and an impressive differentiation capacity over many cycles. However, it still remains unclear whether the cells originate from an already existing stem cell population (small number) in the bone marrow and are propagated in culture or whether the cells not formed until the cultivation. Similar mesenchymal stem cells (unrestricted somatic stem cells, USSCs) were cultivated from umbilical cord blood and could be propagated for many generations in culture (Kögler et al., 2004). So-called “skin-derived precursor” (SKP) cells have been isolated from mammalian skin after in vitro culture. SKPs can be differentiated into neural and mesenchymal cells as well as into cells that morphologically correspond to smooth muscle cells. SKPs can be cultivated as cell aggregates (similar to “neurospheres”) and exhibit markers of neural precursor cells. These cells have a great differentiation potential, because they can even be differentiated into oocyte-like cells (Dyce et al., 2006). Neural stem cells can be isolated from the brain and can be propagated as so-called “neurospheres” in culture medium by adding growth factor. These neural stem cells can develop into functional neurons. Whether and to what extent these cells also can assume specific brain functions in vivo is still to be demonstrated. The examples of multipotent cells given here are characterised by a capacity to develop into different cell types and by a higher propagation capacity (when compared with haematopoietic stem cells). However, when compared with hESCs their propagation and developmental potential is significantly limited.
114
2.1 Adult Tissue-specific Stem Cells
2.1.2 Limited Plasticity of Adult Stem Cells Since 1998 it has been reported in many studies that adult stem cells not only can develop into “their” tissue of origin, but in several cases also can mature into cell types of other tissues (Bjornson et al., 1999; Clarke et al., 2000). For example, it has been described that after transplantation into the recipient organism bone marrow stem cells occur in muscles, the liver, lungs, intestine, skin and heart or that the progeny of neural stem cells were detected in the blood. This expanded developmental potential has been called the “plasticity” (see box for explanation 2) or the “transdifferentiation” capacity. This ability would mean that adult stem cells are not solely specialised to form the cells of their own tissue type, but under the influence of specific signal molecules of the tissue (e. g., after injury) also could develop into other cells. However, in the meantime it has been shown in many studies that the techniques used to detect the developmental capacity in vivo and in vitro were not sufficiently precise. With the assistance of unambiguous stem cell markers and careful analyses of the recipient tissue after transplantation (of marked stem cells), it has in the meantime been confirmed that the original results at least were dubious (Herzog et al., 2003; Wagers and Weissman, 2004; Lemoli et al., 2005). Many of the observed phenomena are not based on an actual “transdifferentiation”, but can be traced to the fusion of donor cells with cells of the recipient tissue, or respectively are orders of magnitude lower than first described. Furthermore, the stem cell populations used were not always pure and homogeneous, but consisted of a mixture of different stem cell types. The bone marrow contains haematopoietic and mesenchymal stem cells as well as endothelial precursor cells whose simultaneous use makes a subsequent interpretation of the results more difficult. Of decisive importance for evaluating the plasticity of adult stem cells is the question of to what extent functional indications of cell differentiation (in addition to tissue-specific and cell type-specific markers) can be detected. It has been shown that somatic stem cells after incorporation into foreign tissue express individual tissue-specific or cell type-specific markers. However, these changes of gene expression are not necessarily associated with the expression of a functional phenotype. One study even concluded that adult stem cells only differentiate incompletely and are missing properties to enable the expression of functionality (Bedada et al., 2006). Therefore, the term “transdifferentiation” in this context is hardly used anymore internationally. This new perspective on the developmental potential of adult stem cells can be documented by many publications that have appeared since 2000 (see box for explanation 3).
Explanation 2: What is plasticity? The plasticity of cells means their capacity to also develop into the cells of other tissues.
115
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
Explanation 3: New findings call the “plasticity” of adult stem cells into question Nerve cells from bone marrow Q From marrow to brain: expression of neuronal phenotypes in adult mice. Brazelton et al. (2000) W Little evidence for developmental plasticity of adult haematopoietic stem cells. Wagers et al. (2002) Myocardial cells from bone marrow Q Bone marrow cells regenerate infarcted myocardium. Orlic et al. (2001) W Haematopoietic stem cells do not transdifferentiate into cardiomyocytes in myocardial infarctions. Murry et al. (2004) Hepatic cells from bone marrow Q Purified haematopoietic stem cells can differentiate into hepatocytes in vivo. Lagasse et al. (2000) W Cell fusion is the principal source of bone-marrow-derived hepatocytes. Wang et al. (2003) Q Publication describes the plasticity; this means the capacity of bone marrow stem cells to undergo transdifferentiation. W Publication describes that bone marrow stem cells do not possess the postulated plasticity.
Notwithstanding the limited knowledge of the underlying mechanisms, bone marrow stem cells already were used in 2001 to treat myocardial infarction patients. The first case studies and clinical (phase 1) trials on the transplantation of bone marrow stem cells into the heart damaged by myocardial infarction yielded an improvement of the patients‘ clinical findings. From this it was postulated that a direct transformation of haematopoietic stem cells or bone marrow stem cells into myocardial cells had occurred and that these cells were responsible for the therapeutic effect (improved perfusion and pump function of the heart). However, this interpretation no longer can be maintained and according to the present state of knowledge the following conclusions can be drawn (Lemoli et al., 2005; Dimmeler et al., 2005): – After transplantation of bone marrow stem cells into the infarction-damaged heart, fusions with myocardial cells primarily occur and it is these fusions that simulate a development of bone marrow stem cells into cardiomyocytes. A direct transformation (“transdifferentiation”) of haematopoietic and mesenchymal stem cells into cardiomyocytes does not occur or – if at all – occurs only so rarely that it so far could not be unambiguously confirmed. Therefore, the partial improvement of the clinical symptoms cannot be traced to the presence of a few bone marrow cells in the heart. 116
2.1 Adult Tissue-specific Stem Cells – After transplantation of haematopoietic and mesenchymal stem cells as well as (especially) endothelial precursor cells from the bone marrow, a neogenesis of vascular cells is observed. However, it has not yet been clearly confirmed whether the neogenesis of vascular endothelial cells is directly induced by the transplanted cells or indirectly induced by the secretion of cytokines and growth factors that are released by the transplanted cells. – A pretreatment (mobilisation) with cytokines (G-CSF) can positively influence the regeneration of infarction-damaged myocardium. However, apparently no new myocardial cells are formed, instead cell-protective and/or inflammationinhibiting mechanisms are activated. In the meantime, it is assumed that cells instead of dying are saved in the critical phase by survival factors and thus, for example in a myocardial infarction, exhibit reduced scar formation.
2.1.3 Genetic and Epigenetic Alterations in Adult Stem Cells Epigenetics refers to the chemical modifications of DNA molecules, whereby the base sequence remains constant. By modifying the DNA and/or the histone proteins, it is possible to influence the flow of genetic information. Epigenetic alterations can influence the activity of genes and, thereby, also the functions of stem cells as well as limit their developmental potential or plasticity. Such epigenetic alterations can be caused by a number of factors: – intrinsic factors (e. g., expression of adhesion molecules, telomere length or expression of cytokine receptors, the activity of stem cells and their cell cycle status), – extrinsic factors (e. g., microenvironment of the stem cells and signal molecules), – the type of tissue damage (chemical, physical or mechanical) and – the transplantation method. The effect of epigenetic alterations in adult stem cells will be shown here by using mesenchymal stem cells as an example. Multipotent mesenchymal stem cells are obtained and propagated using cultivation procedures. Studies have confirmed the heterogeneity of mesenchymal stem cells. Accordingly, only about one-third of the mesenchymal stem cell clones were multipotent, while the remaining cells exhibited a limited developmental capacity. Apparently, during cell culture certain phenotypes are selected by genetic (mutations) and epigenetic alterations (changes of gene expression). The result is a loss of multipotency, but also the possible danger that tumour cells may develop. Explaining the fundamental mechanisms of epigenetic regulation and their relationship to the phenomenon of the differentiation capacity of stem cells will make a significant contribution to understanding stem cell biology and the therapeutic use of stem cells. This will require studies on adult and embryonic stem cells. 117
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
Explanation 4: What does epigenetics mean? The term epigenetics indicates a possibility of influencing the flow of genetic information by modifying the DNA and/or the histone proteins while keeping the base sequence of the DNA constant, but affecting the activity of the coding genes. Two components are important for this epigenetic regulation, namely the DNA and the histone proteins of the chromatin network of a chromosome about which the DNA is wrapped. By chemically modifying these target structures, gene loci can be opened or closed to the influence of transcription factors. These modifications include methylation (this means inactivation) of DNA sequences or the acetylation, methylation or phosphorylation of certain amino acids of the histone proteins. The epigenetic modifications of DNA and histones are closely coordinated and regulated in a highly specific manner. Inherited or acquired errors in epigenetic regulation can, just as mutations of the genetic information, lead to the development of diseases. It is estimated that about 15 percent of all errors in the genetic programme of tumour cells are based on a disorder of epigenetic regulatory programmes. The special forms of epigenetic regulation include X chromosome inactivation. Since women, in contrast to men, have two X chromosomes about 80 percent of the genes of one of the two female X chromosomes are inactivated in early blastogenesis as a means of dose compensation. So-called genetic imprinting is also epigenetically regulated. This means that in approximately 200 genes of our genome it is the parental origin that decides whether or not a gene is active. Some genes are only active if they come from the mother (the paternal copy is mute); in other genes the opposite is true. These epigenetic patterns of gene activities are passed on to the daughter cells after cell division. If the cell nucleus of an adult, differentiated somatic cell is isolated and transferred into an enucleated egg cell (somatic nuclear transfer), the epigenetically modified, highly specialised programme of the adult cell nucleus is reprogrammed by still essentially unknown components of the oocyte and can assume the genetic pattern of a fertilised egg. The principles and responsible factors of this reprogramming are the object of ongoing research. Erroneous or incomplete reprogramming is – among other factors – responsible for the low efficiency of somatic nuclear transfer that has been achieved so far.
2.1.4 Tumour Formation by Adult Stem Cells Although until recently it had been considered a certainty that adult stem cells – in contrast to hESCs – pose no risk of tumour formation, it has in the meantime been shown that adult stem cells under certain conditions also can cause tumours (Clarke and Becker, 2006). For example, the chronic infection with Helicobacter felis (a bacterial cause of tumours) in the stomach of mice resulted in autologous bone marrow stem cells forming tumours (Houghton et al., 2004). In fact a great similarity exists between tumour cells and stem cells. The growth of both is in each case regulated by similar signalling pathways. Genetic or epigenetic alterations can result in a stem cell no longer behaving in a controlled manner, but instead becoming a tumour cell (Al Hajj et al., 2004; Trounson, 2004; Yilmaz et al., 2006; Zhang et al., 2006; Rossi and Weissman, 2006). 118
2.2 Human Embryonic Stem Cells (hESCs) These genetic and epigenetic alterations can occur both in vivo and in vitro. After longer cultivation in vitro, the permanent telomerase expression in mesenchymal stem cells can lead to gene deletions and to an epigenetic “silencing” of a tumour-suppressor gene (Burns et al., 2005). Mesenchymal stem cells isolated from fat tissue, which during the course of eight months in culture had divided 90 to 140 times, caused cancer after injection into experimental animals (Rubio et al., 2005).
2.2 Human Embryonic Stem Cells (hESCs)
Since the Stem Cell Act came into force in 2002, at least 80 hESC lines derived from several hundred embryos worldwide (generated by in vitro fertilisation) that are capable of propagation have been established (Hoffman and Carpenter, 2005). Furthermore, it has been shown that hESCs can be established, cultivated and cryopreserved under standardised conditions. Additionally, hES cells can be genetically modified and differentiated into diversely specialised and functional cells (overview by Wobus and Boheler, 2005). According to recent findings, it was possible to induce murine ESCs to differentiate into highly pure neural cell populations that no longer contained any undifferentiated cells and did not cause any tumours (Conti et al., 2005). A consequence of these findings is the fact that clinical studies on the potential therapeutic use of hESCs have become possible. Geron Co. (San Diego, USA) has announced the submission of an application to the FDA for a clinical (phase 1) study with hESCs in patients with spinal cord injuries (www.isscr.org/ science/asiapacific.htm; renewed in www.newscientist.com, edition of 17 June 2006). Other researchers consider the acceptance of clinical studies with hESCs presently to be premature.
2.2.1 Contamination by Animal Products and Viruses In August 2001 there were 78 known hESC lines registered in a registry of the National Institutes of Health (NIH). According to the qualifying date rule of the valid Stem Cell Act, it is only these lines that can be imported to Germany. Only 22 of these registered cell lines so far have been successfully propagated in vitro (current status see http://escr.nih.gov/). They have all been cultivated in the presence of animal trophocytes and foetal bovine serum. As a result of these cultivation conditions, they take up detectable amounts of animal sialic acid molecules. Most humans have developed antibodies against such molecules; 119
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001 after transplantation, such contaminated cells would lead to rejection reactions (Martin et al., 2005). Additionally, the potential risk exists of transmitting murine retroviruses through the co-culture of hESCs with murine trophocytes, although this has not yet been confirmed experimentally (Amit et al., 2005). An alteration of the specific culture conditions cannot readily be undertaken since the cells are adapted to these growth conditions. In the meantime new hESC lines have been established throughout the world under significantly better culture conditions (Cowan et al., 2004). These have used human trophocytes under serum-free conditions (Genbacev et al., 2005) or have not used any trophocytes at all (Klimanskaya et al., 2005; Hovatta and Skottman, 2005; Hoffman and Carpenter, 2005). An overview of the number of published hESC lines can be seen in Figure 2. Overall, the figures presented on the facing page name 414 hESC lines of which 204 have been described in journals. The “International Stem Cell Forum” (www.stemcellforum.org) lists about 150 cell lines of which 80 are very well characterised. Many of these stem cell lines have been established from “supernumerary” IVF embryos. hESC lines, which are free of contamination by animal proteins, are an indispensable precondition for possible therapeutic applications. The lines imported to Germany according to the qualifying date rule of the Stem Cell Act do not fulfil these requirements and would be unsuitable for clinical use. The number of scientists working with newly established hESC lines is constantly increasing (see Figure 3). Thereby, German scientists are definitively excluded from collaborating in international research projects, as are German companies from the development of new cell therapy products.
2.2.2 Restrictions on Imported hESC Lines According to EU directives on the use of cells and tissues for therapeutic applications (Directives 2003/94/EC; 2004/23/EC), cells and therefore also hESCs fundamentally must meet the requirements of good laboratory and manufactur" Figure 2 Derived hESC lines (status 01 January 2006) Data were extracted from the NIH registry, from work published in scientific journals listed in the PubMed database, and from information either available online, presented at scientific conferences or provided in press releases. Please note, to date only a portion of the affected cell lines have been published in scientific journals. No detailed information on the geographic origin of the 144 cell lines derived at the “Reproductive Genetics Institute” and distributed by “STEMRIDE International Ltd.” is publicly available from sources used in this study (marked as “unknown”) and correspondingly could not be obtained. hESC lines derived at “ES Cell International” were assigned to Australia. Note, cell lines described by Hwang in 2004 and 2005 in science papers have been omitted (according to Guhr et al., Stem Cells 2006, 24(10): 2187-2191, AlphaMed Press). A. Total number of cell lines sorted by country of origin. B. Cell lines described or used in work published in peer-reviewed journals.
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2.2 Human Embryonic Stem Cells (hESCs)
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2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
Figure 3 Publications with different hESC lines Proportion of NIH-approved (diamonds) and other (squares) hESC lines of the total uses and/or derivations of hESC lines reported in published work between 2002 and 2005. Use of clonal derivates of NIH-approved hESC lines H1, H9 and SA002 was assigned to NIHapproved cell lines. (according to Guhr et al., Stem Cells 2006, 24(10): 2187-2191, AlphaMed Press)
ing practice (Good Laboratory Practice, GLP; Good Manufacturing Practice, GMP). Already while being established, the cells must be cultivated in accordance with standardised procedures under aseptic conditions. These criteria are not fulfilled by the hESC lines of the NIH Registry that are available in Germany. This means that applied research with the available hESC lines which focuses on clinical therapeutic use cannot be conducted in accordance with EU regulations. In contrast, the UK Stem Cell Bank of the “International Stem Cell Forum” has more than 80 very well characterised cells (www.stemcellforum.org; Andrews et al., 2005 a) that cannot be imported, because they were established later than the applicable qualifying date in Germany.
2.2.3 Heterogeneity of hESC Lines A possible means of characterising the properties of ESCs is the analysis of the so-called transcriptome. The transcriptome is a specific pattern of a cell’s active gene products in the form of RNA, in a manner of speaking a fingerprint of the 122
2.2 Human Embryonic Stem Cells (hESCs) living cell. On the one hand, ESC lines of different species have characteristic stem cell-specific transcripts (such as Oct4, Nanog and high telomerase activity) while, on the other hand, it is possible to detect differences between the species. These circumstances show the necessity of conducting research on different species, since conclusions drawn from using an animal model only can be applied to humans to a limited degree. A comparison of the transcriptomes of different hESC lines found in the NIH Registry shows that each hESC line has its own characteristic expression pattern. Therefore, different cell lines exhibit different RNA transcripts or transcripts that have been detected in all lines exhibit differences in the intensity of expression (Abeyta et al., 2004; Bhattacharya et al., 2004). Furthermore, the majority of the examined hESC lines also express marker genes of differentiated cells. These findings either can be based on genetic variability or they can be traced to the different differentiation or developmental stages (Wobus and Boheler, 2005) or respectively the different isolation and cultivation conditions that were used. In each case these observations show that the examined hESC lines of the NIH Registry that were established before 2002 are heterogeneous; this could indicate that they also possess a varying differentiation potential. Therefore, such non-standardised hESC lines also would be of only limited suitability for clinical therapeutic use.
2.2.4 Genetic and Epigenetic Alterations in hESC Lines Epigenetic processes like histone acetylation, DNA methylation as well as other alterations of the chromatin structure that do not affect the sequence of the genome, are independent of the cell cycle, reversible and can affect the fate of cells through subsequent regulation or alteration of transcription (see box for explanation 4; Cerny and Quesenberry, 2004). Genetic and epigenetic factors also play an important role in the developmental potential of hESCs. Cultivation conditions, serum applications or serum withdrawal in the culture medium or unsuitable growth factors can lead to genetic and epigenetic alterations of the cells. The fact that these factors influence the hESCs can be seen by comparing later cell passages with earlier cell passages. Eight out of nine hESCs of a late culture passage in comparison to an early culture passage exhibited gene and chromosomal mutations and epigenetic alterations (Maitra et al., 2005). An analysis of five hESC lines (H1, H2, H9, BG02, Cyt25) determined that they are also heterogeneous with regard to the pattern of X chromosomal inactivation (Hoffman et al., 2005). These findings confirm that late culture passages, as represented by the hESC lines from the NIH Registry, are possibly unsuitable for certain questions of basic research as well as therapeutic uses and that it appears necessary to establish cell banks of early passages that can be accessed at any time.
123
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
2.2.5 Tumour Formation by hESC Lines It has been known for a long time that undifferentiated ESCs can form tumours after transplantation (Damjanov, 1993). This phenomenon also holds for hESCs (Thomson et al., 1998; Thomson and Marshall, 1998). Unlike cancers the basis for these tumours is not a primary neoplastic transformation at the genomic level. It is much more a case of these cells naturally striving to continue to develop into early embryonic tissue. Correspondingly, they spontaneously form cell types of all three germ layers, like in embryoid body formation in vitro. However, in contrast to normal embryonic development this process proceeds in an uncontrolled manner. The tumours that are formed are called teratomas. If an uncontrolled proliferation of the undifferentiated cells occurs, this is also called a teratocarcinoma. Genetic aberrations acquired during the long-term cultivation of ESCs could be the cause of this (Andrews et al., 2005 b). The development of teratomas or teratocarcinomas is one of the main risks associated with the transplantation of somatic cells derived from ESCs. Already a slight contamination of ESC-derived tissue-specific precursor cells with undifferentiated ESCs can lead to tumour formation after transplantation. ESC-derived teratomas have been observed in both mouse-mouse transplantations and in xenotransplantations (Brüstle, 1997; Erdo et al., 2003). Therefore, therapeutic transplantations require stringent differentiation and selection protocols that lead to an elimination of potential tumourigenic, undifferentiated ESCs in the donor cell populations (Glaser et al., 2005; Dihné et al., 2006; Klein et al., 2006).
2.2.6 hESC Lines in Therapy The use of hESCs appears promising especially in such tissues that in adult humans only exhibit a very limited or even missing regeneration capacity. This especially holds for the nervous system as well as for myocardial cells. The use of hESC-derivatives to replace myocardial tissue already has been tested in animal experiments (Kehat et al., 2004; Xue et al., 2005; Laflamme and Murry et al., 2005). Thereby, the cardiomyocytes developed from hESCs have a potential significance in the treatment of certain types of heart failure. Studies conducted by Geron Co. have shown that oligodendrocytes from hESCs (line H1) after transplantation in animal models for spinal cord injuries form new neurons with myelin sheaths that lead to a significant improvement of mobility – apparently without causing any tumours. Geron now hopes to conduct a clinical (phase 1) study with hESCs in patients with spinal cord injuries. Another therapeutically promising approach is the in vitro differentiation of insulin-forming cells to treat diabetes mellitus, although much research is still required to accomplish this (Bonner-Weir and Weir, 2005). 124
2.2 Human Embryonic Stem Cells (hESCs)
2.2.7 hESC Lines as Disease Models To understand human diseases scientists first usually work with suitable animal models. Animal experiments are the prerequisite both for developing and for evaluating gene and cell therapies. However, possible therapies then must be evaluated in human cells. hESCs facilitate the investigation of cellular developmental and differentiation processes of humans in vitro. Furthermore, hESCs offer the possibility of analysing the developmental processes of diseases at the cellular level. An example of this is the establishment of cell lines from such embryos with genetic defects that are the cause of certain diseases. New hESC lines established after the qualifying date (01 January 2002) in the meantime are available as model systems for the investigation of thalassaemia, Huntington’s disease, muscular dystrophy and other genetic diseases (see Table 2; Verlinsky et al., 2005). According to the Stem Cell Act, these and other newly established hESC lines (see Chapter 2.2.1) may not be imported to Germany. This excludes researching the causes of disease and the development of diagnostic and therapeutic procedures with these disease-specific hESCs in Germany.
Table 2 Disease-specific hESC lines that were established from the embryos of the carriers of human genetic diseases (according to Verlinsky et al., 2005) Disease
Oocytes/Embryos
Number of hESC Lines
10
1
Thalassaemia (beta locus) (Cd 39/N) autosomal recessive inheritance Thalassaemia (beta locus) (619 bp DEL/N) autosomal inheritance
9
1
Fanconi anaemia (complementation group A)
7
1
Myotonic dystrophy DM1 (maternal inheritance)
4
2
Huntington’s disease (maternal inheritance)
15
2
Huntington’s disease (paternal inheritance)
7
1
Marfan syndrome
18
1
Neurofibromatosis (type 1)
16
5
3
1
“Fragile site mental retardation” 1
22
1
Muscular dystrophy (type Becker)
8
1
Muscular dystrophy (type Duchenne)
3
1
122
18
Adrenoleukodystrophy
Total Oocytes: oocyte
hESC: human embryonic stem cell
125
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001
2.3 Somatic Nuclear Transfer (NT) and Reprogramming
In animal research the nuclear transfer technique has been further developed during the past few years and has been used in diverse cases. After the cloned sheep Dolly, a cow, pig, goat, mouse, cat, rabbit and dog – among others – all have been cloned using the NT procedure (Hipp and Atala, 2004). Concerns that cloned animals have shortened telomeres and, therefore, a shorter life expectancy are no longer justified in light of present findings. The enzyme telomerase is expressed in the early embryo (morula/blastocyst stage) and after nuclear transfer normalises the telomere length, even if the somatic donor cell itself exhibited shortened telomere ends (Lanza et al., 2000; Schaetzlein et al., 2004).
Explanation 5: Telomeres Telomeres are the natural ends of the chromosome and protect the ends against instability. Telomeres shorten with each cell division. Therefore, they are a measure of cell aging (senescence) and when a critical minimum is reached cell death occurs.
The nuclear transfer technique as a potential strategy for the treatment of diseases has been demonstrated on the mouse model (RAG2, Rideout et al., 2002). It is the objective of different working groups to also generate autologous NThESCs for cell therapy (see Figure 1). In contrast the research published by the working group of Woo Suk Hwang, reporting the production of several autologous NT-hESC lines, has been shown to be a falsification (Hwang et al., 2004, 2005). In addition to hESC lines that have been derived from embryos with genetic defects (see Table 2), many research groups in Europe and worldwide are presently trying to establish NT-ESC lines for disease research. It is thought that these cell lines – like the already existing lines – can be used to study the molecular mechanisms of pathogenesis as well as the effect of drugs on the disturbed processes.
2.4 New Possibilities of Stem Cell Derivation
2.4.1 Reprogramming Somatic Cells without Using Human Oocytes According to the current state of technology, establishing NT-hESC lines requires large quantities of oocytes. To avoid using oocytes to reprogramme cell nuclei and thereby to eliminate the associated ethical objections, alternative 126
2.4 New Possibilities of Stem Cell Derivation procedures for reprogramming somatic cells have been tested in initial experiments (see Table 3). For the reprogramming with adult cell nuclei oocytes of other species, for example frogs (Byrne et al., 2003), rabbits (Chen et al., 2003) or cattle (Chang et al., 2003), were used. For example, adult human somatic cells were reprogrammed with rabbit oocytes and hESCs were generated. These hESCs developed into various differentiated cells in vitro (Chen et al., 2003). However, in most cases development did not proceed beyond the eight-cell stage. The causes for this could lie in the incompatibility of the (animal) mitochondrial genome with the nuclear genome of the human somatic cell. Furthermore, here too the potential risk exists of xenogenic contamination by animal genes or cells. The successful differentiation of mouse ESCs into oocyte-like cells (Hübner et al., 2003) promises (if transferring the method to hESCs succeeds) a reprogramming of the cell nuclei of adult somatic cells with “oocyte” stages developed in vitro. Whether and to what extent such reprogrammed cells once again could develop into adult somatic cells so far has not been demonstrated. Furthermore, it could be possible to use actual pluripotent hESCs instead of oocytes to reprogramme adult cells (Solter, 1999). Initial experiments with mouse cells have shown that neural precursor cells are reprogrammed by the cell nuclei of murine ESCs (Do and Schöler, 2004). Recently, the reprogramming of adult somatic cells by fusion with hESCs has been demonstrated (Cowan et al., 2005). The hybrid cells, also called “stembrids” (Strelchenko and Verlinski, 2004), with a tetraploid set of chromosomes from both parent cells behaved like ESCs and differentiated into derivatives of all three germ layers (Cowan et al., 2005). However, for a therapeutic application it would be necessary to once again remove the excess chromosomes.
Table 3 Reprogramming of Adult Somatic Cells Reference Enucleated oocytes of the clawed frog (Xenopus)
Byrne et al., 2003
Enucleated oocytes of mammals (rabbits or cattle)
Chen et al., 2003; Chang et al., 2003
Oocytes developed from ESCs after in vitro differentiation
Hübner et al., 2003
ESCs with cell nucleus
Do and Schöler, 2004
Cytoplasm of pluripotent ESCs
Solter, 1999; Tada et al., 2001
Fusion with enucleated hESCs (“stembrids”)
Strelchenko and Verlinski, 2004
Fusion of hESCs
Cowan et al., 2005
Dedifferentiation factors from the oocyte plasma of vertebrates
Gonda et al., 2003
Parthenogenetically produced oocytes
Hipp and Atala, 2004; Roh et al., 2003
Oocytes from abortion or surgical material
Shaw and Trounson, 2002
127
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001 Therefore, the procedure presently serves primarily as a model system for investigating the mechanisms of reprogramming. In one study it was shown that multipotent stem cells that were isolated from the skin of pig foetuses also can form cells that are very similar to oocytes (Dyce et al., 2006). It is conceivable that these are circulating stem cells, specifically those that were postulated by Johnson et al. (2005) as precursors of germ cells in ovaries. Multipotent stem cells also could be isolated from the skin of humans and mice (Toma et al., 2005). However, it must still be shown that they likewise can form oocyte-like cells. However, it is uncertain whether these oocyte-like cells can be fertilised and whether the zygotes can develop into embryos (Schöler and Wu, 2006). The ideal alternative to the use of human oocytes would be to directly isolate the reprogramming factors out of the oocytes and use them for the reprogramming of somatic cells. At least in the animal system, it has been shown that this can be successful in principle (Gonda et al., 2003; see Table 3). Work is proceeding intensively throughout the world to elucidate the reprogramming processes after nuclear transfer. This research includes fundamental studies such as the investigation of potential genetic and epigenetic modifications of NT-hESCs during in vitro culture and differentiation, analyses concerning the influence of somatic cell age on reprogramming or the effect of mitochondrial gene expression on the immunological compatibility of NThESCs.
2.4.2 Derivation of Depotentiated Nuclear Transfer ESCs (ANT Stem Cells) One of the great ethical hurdles in cloning ESCs via nuclear transfer procedures is the generation of an in principle totipotent blastocyst, which theoretically could develop into an embryo. Meissner und Jaenisch (2006) recently succeeded in avoiding this critical point by genetic modification of the donor cells for the nuclear transfer. They suppressed a gene (Cdx2) that is relevant for the further development of the germ and in this manner achieved that the blastocysts developed by this procedure no longer could be classified as totipotent, because of an absent implantation capacity (trophectodermal and, thereby, placental tissue is no longer formed). Nevertheless, ESCs can be collected from the blastocysts, because the “switched-off” gene, which is also important for other developmental processes, can be reactivated at a later time – however, without thereby generating a totipotent stage. However, the procedure developed by Meissner and Jaenisch does have limitations in that it permits the preparation of NT-ESC lines without generating a totipotent stage, but is encumbered by additional genetic modifications for inactivation and later reactivation of the relevant gene. To what extent this procedure can be used beyond preliminary clarification in principle (“proof of con128
2.4 New Possibilities of Stem Cell Derivation
Figure 4 Derivation of ANT stem cells After switching off the Cdx2 gene in a somatic cell, the altered cell nucleus can be removed and transferred into a previously enucleated oocyte. Embryonic stem cells (in which the Cdx2 gene can be reactivated) can be obtained from the developing blastocyst by removing the inner cell mass. Because of the switched off Cdx2 gene, the ANT blastocyst itself is not capable of implantation in a uterus since trophectoderm cannot form; embryonic development does not occur.
cept”) for the broad acquisition of disease-specific or patient-specific ESC lines presently cannot be evaluated.
2.4.3 Derivation of hESC Lines from “Stem Cell Balls“ Pronucleus stages are understood to be oocytes that have been fertilised, but whose chromosome sets have not yet fused. These pronucleus stages are not embryos according to German law; many of these cells that have formed after artificial fertilisations are stored in freezers of fertility clinics. Procedures are available for the preparation of ESCs from the pronucleus stages without forming embryos in the strict sense of the word. In this procedure small gene fragments that modify the activity of certain genes without altering the genetic material can be introduced into the pronucleus stages. With this biotechnological procedure, interference RNA technology, the gene Cdx2, for example, can be 129
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001 switched off in a targeted manner. Naturally, this gene is already active before fusion of the pronuclei and is required for the embryo to implant itself in the uterus. However, if gene fragments against Cdx2 are introduced, the gene remains mute – even after the fusion of both pronuclei – and no longer becomes active. Since Cdx2 is a transcription factor, such action simultaneously reduces the activity of many additional genes that are indispensable for normal embryonic development. This could be shown by analysing the entire genome of the mouse. The early structures are called “stem cell balls” or “pluripotency balls”, the later “stem cell cysts”. These are artificial structures that presumably are not viable (personal communication of Hans R. Schöler), but could serve as a source of stem cells. It is possible to obtain about 50 percent more embryonic stem cells from them than from embryos.
2.4.4 Derivation of hESCs from IVF Embryos that are Incapable of Development Another alternative for using human IVF embryos to establish hESCs was proposed by Landry and Zucker (2004). According to this strategy, hESCs should be established from embryos that are not viable, namely those exhibiting arrested development. The authors estimate that approximately 60 percent of the cryopreserved IVF embryos are in this stage (“arrested development”). However, a test procedure is presently unavailable to unambiguously determine whether a human embryo is actually still viable. Likewise, it remains unclear whether such embryos would be suitable to establish hESCs.
2.4.5 Parthenogenetic Embryonic Stem Cells For some mammals, it has been confirmed that under certain experimental conditions unfertilised oocytes (oocytes which only contain a single female nucleus and no male genetic information) can pass through early stages of development (Rougier and Werb, 2001). This phenomenon is called pathenogenesis or virgin generation (see box for explanation 6). If the resulting embryos are haploid, they already die – as mouse experiments have shown – before implantation in the uterus (Kaufman and Gardner, 1974). If they are diploid, they die later; apparently they can develop until the 25-somite stage (Kaufman et al., 1977; Tarkowski and Rossant, 1976; Witkowska, 1973). Parthenogenetically generated early embryos (so-called parthenogenetic blastocysts of the mouse, but also of primates – namely Macaca fascicularis) can 130
2.4 New Possibilities of Stem Cell Derivation
Explanation 6: Parthenogenesis (virgin generation) Parthenogenic embryonic stages develop from an unfertilised oocyte whose single haploid female nucleus has been experimentally stimulated or activated. Therefore, parthenogenetic mouse embryos – depending of the experimental approach used – carry only a haploid or diploid female chromosome set of identical origin and are not fully viable. Epigenetic factors (imprinting) have been recognised as the reason for the developmental capacity of such embryos (Surani et al., 1984). Male and female genomes are specifically marked, which causes a different expression of the genes from both genomes. This in turn is essential for the developmental capacity of embryos. In the medical literature the term “parthenogenesis” when referring to mammals is occasionally equated with the term “gynogenesis”. Equating these terms is incorrect. Gynogenetic murine embryos result from fertilised oocytes that develop as a result of experimental interventions on two haploid female pronuclei of different origin (Barton et al., 1984; McGrath and Solter, 1984; Surani and Barton, 1983).
serve as a source of embryonic stem cells that can be differentiated into various cell types (Cibelli et al., 2002; Vrana et al., 2003). The same possibly also could hold for parthenogenetically generated human blastocysts. Based on the incorrect designation of the animals generated in the publication by Kono et al. (2004) as “parthenogenetic mice”, it is possible to assume that also mammals – and therefore possibly humans – can develop parthenogenetically. For example, this means that parthenogenetically generated human blastocysts also possess the complete developmental potential. If this were actually the case, parthenogenetic human blastocysts would merit the same protection as that given to blastocysts arising after natural fertilisation. However, parthenogenetically generated human blastocysts – as mentioned above – in fact cannot develop into living organisms.
2.4.6 Derivation of Stem Cells from the Testes Spermatogonial stem cells have been isolated from adult testicular tissue of the mouse and from them – under standard conditions of the ESC culture – multipotent adult germ line stem cells (maGSCs) have been established (Guan et al., 2006). The cells could be propagated for more than 30 cycles in vitro, expressed the ESC-specific stem cell markers Oct4, Nanog, Utf1, Esg1, Rex1, alkaline phosphatase as well as stem cell-specific surface antigens, and differentiated spontaneously or after induction into cell types of all three germ layers. If it would be possible to cultivate human adult germ line stem cells from human tissue and show that the properties of these cells are in fact comparable to hESCs, then maGSCs could be an alternative for the derivation of hESCs. However, this has not yet been demonstrated. An advantage of maGSCs would 131
2 Progress in Scientific Knowledge since the Second DFG Statement of 2001 be that the DNA in germ line cells is present in a preserved from and, therefore, should not contain any age-related damage. However, it has not yet been shown that cultivated maGSCs can undergo stable propagation over long time periods and are truly pluripotent. This means that after injection into a blastocyst they could participate in embryonic development. Also not explained is the epigenetic status of the cells and the role of imprinting. Additional problems of ESC technology, such as the potential tumourigenicity of the differentiated cell derivatives or immune reactions in allogenic transplantations, must still be solved for both hESCs and for maGSCs.
132
3 Updating the Ethical Considerations
3.1 Preliminary Notes
Many judgements of applied ethics and the legal policy, which is based thereon, must be reviewed if relevant facts change or if new insights concerning theoretical arguments, real consequences or additional courses of action become available. Therefore, an “update” of ethical considerations must not be an expression of forgotten principles or a forerunner of opportunistic positions. Such a review is much more one of the prerequisites of plausible evaluations – especially if it involves the weighing of competing standards and rapidly changeable contextual conditions. Since the last DFG statement in 2001, several aspects of stem cell research have changed or have only recently developed; these certainly can be of significance to a balanced ethical evaluation. These include: – in Chapters 2.2.1 to 2.2.4 the presented disadvantages of those hESC lines that were established before the applicable qualifying date (01 January 2002) with cultivation techniques that have in the meantime become outdated; – the success of the nuclear transfer (NT) technique demonstrated in the animal model with its potential to obtain disease-specific stem cells (see Chapters 1.2.2 and 2.3); – the presently somewhat more sceptically evaluated plasticity of adult stem cells which, from a medical/natural science perspective, at least initially must be viewed as a supplementation of stem cell research but not as a replacement for hESCs (see Chapters 2.1.1 to 2.1.3); – different approaches for the derivation of hESCs which could avoid the destruction of totipotent entities (see Chapters 2.4.1 to 2.4.6); – the clearly developing disadvantages for German stem cell research due to the valid Stem Cell Act (see Chapter 4.2). 133
3 Updating the Ethical Considerations In light of these different new aspects, the DFG also must supplement and, if necessary, modify its ethical and legal policy considerations.
3.2 The Embryo Definition
As discussed above, there are many methods of artificially generating cells and cell aggregates in mammals and especially in humans that differ in a certain respect from “normal” sexually produced embryos, but in other respects behave like them and, in particular, could serve as a source of hESCs. In light of this background the term embryo becomes blurred and is used inconsistently. One position (e. g., J. Reich, 2004) holds that only such viable cells or cell aggregates should be called an embryo that spontaneously or with assistance have developed from a male and a female germ cell.2 According to this definition, parthenotes or the results of reprogramming somatic cells, irrespective of any possible developmental potential, would from the beginning not be classified as embryos and ethically, in any case, would not be protected as such. Another opinion holds that those cells or cell aggregates that are known to have only a limited developmental capacity at the time of their description are not included by the term embryo – as is the case with the cells described in Chapter 2.4 which were altered in a targeted manner. Since the linguistic stipulation that must be made in light of the new possibilities available in reproduction medicine is frequently understood as a normative switch or “trick”, the DFG supports a very broad definition of (human) “embryo” and on the one hand understands it to include all functional equivalents of “traditional” (sexually generated) embryos.3 On the other hand, the definition also includes such entities with clearly limited or extinguished developmental potential – so far referred to in reproductive medicine as dead or developmentally damaged embryos. Therefore, in the following, “embryo” includes everything which under normal reproduction conditions could develop into a viable child or also only could proceed through initial steps of this development. Whether or not this potential is actually present in a specific embryo often cannot be stated or determined with certainty. However, it is assumed to be present until the contrary has been shown. The definition used here excludes only those entities which at no time during their existence were able to complete “normal” ontogenetic steps of devel2 Even the Embryo Protection Act (EschG §8) uses this definition, supplemented by totipotent cells that previously have been removed from the early cleavage products of a fertilised oocyte. 3 Likewise the International Society for Stem Cell Research: cf. Editorial of 7 July 2005 in Nature 436: Pg. 2. The German Stem Cell Act also follows this opinion.
134
3.3 Protective Rights of Embryos from Different Sources opment (e. g., hydatidiform moles or fertilised oocytes that were not viable). For purposes of descriptive differentiation, it is also recommended to use appropriately qualified embryonic terms such as “NT embryo” for the product of a somatic nuclear transfer into an enucleated oocyte (see Chapter 2.3). However, such a broad embryo definition, which does not even require the presence of totipotency, must not be understood to imply that each included entity is equally worthy of protection. The normative differentiations, which must be undertaken here, should be stated explicitly and should not occur by means of notoriously controversial limitations of the terms used.
3.3 Protective Rights of Embryos from Different Sources
The extremely controversial debates conducted at an international level concerning the protective rights of early human embryos have in the past few years failed to reach any noteworthy consensus and, in light of the new possibilities in reproduction biology, have even gained in complexity (Bioethik-Kommission Rheinland-Pfalz, 2005; Damschen and Schönecker, 2001; Enquete-Kommission, 2001; Merkel, 2002; Nationaler Ethikrat, 2001 and 2004; The President’s Council on Bioethics, 2002 and 2005).
3.3.1 Embryos from Sexual Reproduction In Vivo and In Vitro As before different viewpoints about the moral “status” of sexually generated embryos in vivo remain irreconcilable; this results in persistent ethical differences concerning the permissibility of abortions. In one opinion the fertilised oocyte is a human being in the early phase of his existence and worthy of the full protection of dignity and life to which human beings that have been born. The “standard arguments” in favour of this position refer to the embryo as a member of the human family (“species argument”), the absence of ethically relevant breaks in embryonic development (“continuity argument”), the identity of the embryo with the child possibly developing from it (“identity argument”) or the ethical significance of the embryo’s inherent capacity to develop into a child under suitable conditions (“potentiality argument”). Other opinions hold that this position of strong embryo protection is implausible and that the mentioned arguments either are not at all convincing or are designed to justify a special status for early embryos, which then gradually becomes stronger. Finally, there are those who hold that it is not the abstract status, but from the beginning also the varying circumstances, intentions and life-relations un135
3 Updating the Ethical Considerations der which embryos are generated or produced that are ethically significant (Fischer, 2002; Taupitz, 2001). Some proponents of this last-named position value in vitro generated embryos, in light of the somewhat unnatural external circumstances, differently from those that arise in the body of a woman. However, in the majority of cases – consistent with the logic of the traditional “status” evaluations – functional equivalence is also granted identical protective rights. It seems inconsistent to many individuals on the one hand to permit the inhibition of implantation (coil) of prenidation embryos in vivo as well as a de facto liberal abortion regulation within the first twelve weeks of pregnancy and, on the other hand, to place in vitro embryos in their earliest stage of development under absolute protection (National Ethics Council, 2001). A future compromise in legal policy between the conflicting positions concerning the Embryo Protection Act (EschG; which would however require that the EschG be amended) could consist of at least allowing the derivation of hESCs from supernumerary IVF embryos. At least 100 such cryopreserved embryos should exist in Germany; it is certain that they never again will be used to produce a pregnancy.
3.3.2 Asexually Produced Embryos It also remains controversial whether embryos that are the result of manipulating body cells or unfertilised oocytes – from a legal and ethical perspective – should be deemed equivalent to naturally generated embryos, insofar as functional equivalence is given. Such new assessments for the derivation of hESCs not only after somatic nuclear transfer (see Chapter 2.3), but also after apparently possible direct reprogramming of somatic cells in the future (see Chapter 2.4.1) or after pathenogenetic embryogenesis (see Chapter 2.4.5) are still pending. In many cases it remains uncertain whether entities with totipotency are formed and used in these procedures to obtain hESCs – totipotency being defined as the developmental capacity under the actual or hypothetical conditions of a natural pregnancy. To be on the safe side ethically, it is necessary until further notice to assume the presence of this capacity. The persuasive force of the traditional potentiality argument (see above) – which appeals to the biological capacity of totipotency in cells or cell aggregates – is then evaluated by some individuals in an especially critical manner (FitzPatrick, 2004; Ach et al., 2006). If according to more recent information, totipotency can be manipulated by human intervention to such an extent that fundamentally every cell can become totipotent and oocytes can be fertilised through manipulation so as not to achieve totipotency, then the normative significance of this capacity will be increasingly questioned. Why is precisely this developmental capacity taken to be the decisive standard? And why should a specific somatic cell after undergoing an intervention for the purpose of producing this capacity be granted the full 136
3.3 Protective Rights of Embryos from Different Sources protection of human dignity while it previously was morally without any significance? Once again it is consistent with the logic of the traditional status arguments to make the awarding of protection and dignity rights dependent on whether the entities to be evaluated can (possibly) develop like embryos that arise in a completely natural manner. Only if strong protective rights are denied to the one like the other would additional aspects – such as the high-ranking nature of the research or the voluntary donation of the embryos – be taken into account. Those authors who believe that the circumstances of the actions are of primary ethical importance view this in a different way. For example, they are of the opinion that the complete artificiality of the production method or the decidedly absent intention to reproduce in this “production” from the very beginning suffices to not treat the entities obtained in this manner like natural embryos during reproduction (Kiessling, 2005). A broader public discussion of these questions in light of the more recent possibilities has not yet been undertaken. However, it must occur even if the terminological and factual background information is not always easy to impart. A different ethical subproblem associated with asexual hESC derivation is connected with the oocyte donation that is required for this (see Chapter 3.4).
3.3.3 Non-viable Embryos of Different Origins Completely new ethical questions arise in light of the different approaches used to obtain hESCs from such embryos, which, because of targeted selection or production certainly could not develop to a mature birth. On the one hand, this includes dead or damaged embryos that arise during the course of IVF procedures (see Chapter 2.4.4). On the other hand – and probably more significant from the perspective of practical research – this includes entities that only can develop until the blastocyst stage, because of intentional interventions in the oocyte or in the original somatic cell (see Chapters 2.4.2 and 2.4.3). Since in all these cases the “embryos” from the very beginning do not exhibit totipotency, the traditional arguments of continuity, identity and especially potentiality (see above) cannot be used to grant them a status of protection and dignity.4 Nevertheless, ethical objections also have been raised against these approaches: They condemn the described depotentiation interventions as the intentional generation of damaged embryos. However, this is not convincing based on the previously presented “traditional” protection arguments: On the one hand, it is incorrect to connect an entity’s special worthiness of protection with the fact that it is totipotent and, on the other hand, without any further justification to also subject enti4 A majority at the Central Ethics Committee of the German Medical Association (2006) also held this position; the Ethics Committee, therefore, views this approach as significantly less problematic than obtaining hESCs from totipotent embryos.
137
3 Updating the Ethical Considerations ties to this protection that do not exhibit this property and never exhibited it. Likewise, the fact that the development of totipotency – which would have developed in a different procedure – is deliberately prevented does not result in a different assessment.
3.4 Problems of Oocyte Donation
Beyond the questions of embryo protection, many critics see a serious ethical problem in the use of human oocytes. The objections expressed here concerning a possible exploitation or instrumentalisation of women (Enquete-Kommission, 2001; e. g., Kiessling, 2005), who through financial incentives or other pressures could be coerced to participate in the complex and possibly painful “donation” of oocytes, have gained a new impetus because of the fact that the falsified South Korean hESC research conducted by W. S. Hwang et al. apparently used such practices. However, in contrast the Central Ethics Committee of the German Medical Association emphasises that a voluntary oocyte donation, which certainly could be established by suitable regulations, is not any less self-determined than other slightly risky decisions made by women such as those accepted in clinical research. However, oocytes can or could also be donated without a course of hormone therapy specifically administered for this purpose and ovariocentesis: Namely, by additionally obtaining several oocytes during IVF treatment or by using unintentionally supernumerary oocytes from an IVF procedure or by removal from ovaries that must be excised for medical reasons. And finally with the assistance of newer techniques for obtaining hESCs the requirement of an oocyte donation could be completely or partially circumvented in the future.
3.5 Assessment of the More Recent hESC Research and its Possible Future Uses
At the time of the previous DFG statement (2001), the derivation of hESCs from sexually generated embryos appeared to be very promising – initially for basic research and from a long-term perspective also for medical-therapeutic applications. From a scientific perspective, research with hESCs appeared to be favour138
3.6 Avoiding German Participation in Embryo Destruction ably complemented by the use of adult stem cells, but at that time the latter by no means replaced the former. Regarding the NT method of obtaining hESCs (“therapeutic cloning”), the DFG at that time was sceptical and ethically disapproving. The latter position was held, on the one hand, because of the expected extremely high consumption of embryos and, on the other hand, because of the technical closeness of this procedure to reproductive cloning (i. e., the intentional production and subsequent carrying to term of cloned embryos or humans). However, according to the present assessment of the NT method of obtaining hESCs (see Chapter 2.3), many experts view it as being comparatively feasible and fruitful. In light of the in the meantime notably growing disapproval of reproductive cloning by all relevant international authorities, it appears highly unlikely that cloning for research purposes could be used as a “door opener” technology for “child cloning”. The improper use of reproductive cloning cannot be absolutely ruled out, however, such action would not have a clear causal connection to the controlled use of the nuclear transfer technique. Irrespective of this, many experts continue to be sceptical about using the NT method in human cells. Therefore, this approach also should be the subject of renewed ethical and legal considerations in the future.
3.6 Avoiding German Participation in Embryo Destruction
The German Stem Cell Act permits the importation of hESCs from foreign countries as an exception if these (per definitionem not totipotent) cells were obtained in a foreign country before the qualifying date of 01 January 2002 from donated, supernumerary IVF embryos. These conditions should ensure that also in foreign countries “no embryo is killed for German research” (i. e., that no German researcher is indirectly participating as a principal “accomplice” in the destruction of embryos). The possible participation of German researchers in hESC research (insofar as their projects are high-ranking, previously clarified and without any alternatives) permitted by this regulation appears to many politicians and experts – independently of their opinion concerning the provided protection of embryos – to be a pragmatically intelligent compromise between divergent positions (e. g., Birnbacher, 2006). In contrast, others view it as a painful double standard, which should be changed as soon as possible. Legal guidelines for stem cell research must not only be evaluated in light of scientific developments and fundamental ethical considerations, but also in accordance with their actual effects on the practice of research, which will be discussed in the following chapter.
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4 Experiences with the Legal Framework
4.1 The Legal Situation in EU Member States
Within Europe the permissibility of research on human embryonic stem cells is regulated in an extremely diverse manner. The corresponding requirements of the Embryo Protection Act and the Stem Cell Act in Germany are among the most restrictive in Europe. According to the Embryo Protection Act and the Stem Cell Act, the derivation of hESCs in Germany is not permitted under any circumstances and the importation of such stem cells is only permitted under very strict requirements. In contrast, many countries of the EU at least allow the derivation of hESCs from so-called “supernumerary embryos” (Belgium, Denmark, Finland, France, Greece, Great Britain, Netherlands, Sweden, Spain). These are embryos that were produced for purposes of reproduction, but finally no longer can be transferred to a woman. Obtaining hESCs also from supernumerary embryos in Germany, Italy, Lithuania, Austria and Poland is prohibited. Of these countries, in addition to Germany, only Italy has special laws concerning research with hESCs. In Lithuania, Austria and Poland the prohibition – in contrast – follows from the general laws. Overall, the majority of EU member states do not have any special laws regarding hESC research; in addition to the previously named countries, this holds for Ireland, Luxemburg, Malta, Portugal, Slovakia, the Czech Republic and Cyprus. The importation of hESCs that have been obtained from supernumerary embryos is – in contrast to their derivation – permitted in both Germany and Italy under certain preconditions. In contrast, Lithuania, Austria and Poland also prohibit the importation and, thereby, research on hESCs overall. In most countries it is not permitted to produce embryos for the derivation of hESCs (i. e., specifically produce embryos for research purposes by means of artificial fertilisation or nuclear transfer). This complies with Article 18 No. 2 of the Biomedicine Convention of the Council of Europe, 04 April 1997, according 141
4 Experiences with the Legal Framework Table 4 Regulations concerning research with human embryonic stem cell lines in EU member states (status: June 2006) Content of the regulation
Member state
Derivation of hESCs from supernumerary embryos prohibited
Germany, Italy, Lithuania, Austria, Poland
Derivation of hESCs from supernumerary embryos permitted
Belgium, Denmark, Finland, France, Greece, Great Britain, Netherlands, Sweden, Spain
Importation of hESCs that were obtained from supernumerary embryos permitted
Germany, Italy
Derivation of hESCs for research purposes through artificial fertilisation or nuclear transfer prohibited (in accordance with the Biomedicine Convention of the Council of Europe, 04 April 1997)
Denmark, Germany, Estonia, Finland, France, Greece, Ireland, Italy, Latvia, Lithuania, Netherlands, Austria, Portugal, Slovenia, Slovakia, Spain, Czech Republic, Hungary, Cyprus
Derivation of hESCs for research purposes through artificial fertilisation or nuclear transfer permitted
Belgium, Great Britain, Sweden
to which the production of human embryos for research purposes is prohibited. The countries in which a production of embryos for this purpose is permitted (Belgium, Great Britain, Sweden) have not signed or – as in the case of Sweden, not (yet) ratified – the Biomedicine Convention. Germany also did not sign the convention, but for the opposite reason: From the German perspective, it is not restrictive enough.
4.2 Disconnection of German Scientists by Limiting Importation
Because of the qualifying date rule, hESCs only can be used for research purposes in the Federal Republic of Germany if they were derived in a foreign country before 01 January 2002. The aforementioned discussion thoroughly showed that this is unsatisfactory from a natural science perspective and that German research is to a large extent being disconnected from international progress in certain areas of stem cell research. German research does not have access to stem cells that are free of animal cell products or viruses, have been isolated and cultivated under standardised conditions in accordance with the rules of Good Laboratory Practice (GLP) or Good Manufacturing Practice (GMP) and 142
4.3 Absent Commercial Perspectives of Stem Cell Research in Germany are free of genetic and epigenetic alterations that have developed in the meantime. The DFG is aware of examples involving young scientists – but also wellknown researchers – who, because of the perceived missing perspectives of embryonic stem cell research in Germany and because of the not infrequent discrediting of this field of research and the researchers engaged in it, have intentionally avoided this field of research or have withdrawn from it. The highly emotional and controversial discussion in Germany has even resulted in scientists being defamed and criminalised in public, despite the fact that they are working on approved research projects with hESCs that observe all the legal regulations. The present legal and psychological situation of stem cell research in Germany is not only noticed in the relatively small number of applications submitted to the Robert Koch Institute and evaluated by the Central Ethics Committee for Stem Cell Research, but also in the worldwide comparison of pertinent publications: domestic researchers for all practical purposes do not participate in corresponding publications (see Figure 5).
4.3 Absent Commercial Perspectives of Stem Cell Research in Germany
By importing hESCs that have been established in foreign countries, which meet the requirements of the Stem Cell Act, researchers in Germany are dependent on patents and licenses of foreign countries. German researchers cannot without limitation license research results that have been achieved with imported hESC lines, since the hESC lines already have been patented in a foreign country and usually are subject to detailed Material Transfer Agreements (MTA). Thereby, German stem cell research on the imported hESC lines delivers results that only can be used by foreign patent holders. In contrast new hESC lines that were established after 01 January 2002 exist and are freely available internationally for research purposes. However, according to the Stem Cell Act they cannot be used in Germany. Additionally – because of the impurities of the “old” hESC lines – cell lines produced later than 01 January 2002 potentially would be suitable for diagnostic, preventative or therapeutic use in humans. Such a use of hESCs in the practice of medicine is impossible in Germany because of the qualifying date rule. Furthermore, the Stem Cell Act allows only strictly limited research. This means that the direct development of therapeutic applications is prohibited, although stem cell research ultimately should result in the development of new therapies. The named limitations affect the development of commercial cell therapy products by companies that are working in the field of “tissue engineering”. The 143
4 Experiences with the Legal Framework
Figure 5 Overview of published work reporting on experimental use of hESCs A. Number of papers extracted from the PubMed database by the described search string (syntax see Guhr et al., 2006) and the number of research papers reporting on derivation and/or experimental use of hESC lines. B. Number of publications describing derivation and/or experimental use of hESC lines sorted by location and corresponding author. (according to Guhr et al., Stem Cells 2006, 24(10): 2187-2191, AlphaMed Press; searches of the PubMed database were performed as described in the supporting online material and results were evaluated manually to exclude false-positive hits.)
144
4.4 Exclusion of German Scientists from International Collaborations absent commercial perspectives in turn have negative effects on the development of basic research itself. Furthermore, research with disease-specific cell lines is not possible in Germany. In accordance with § 4 Par. 2 No. 1 Letter b) StZG, the approving authority must be convinced that the embryos, from which stem cells were obtained, were produced during medically supported extracorporeal fertilisation for purposes of initiating a pregnancy, were ultimately no longer used for this purpose and that there are no indications that this was due to reasons associated with the embryos themselves. This rules out the importation and use of stem cells that were produced during a nuclear transfer or originate from embryos after a PID. Furthermore, considerable legal uncertainty exists concerning the permissibility of importing and using stem cells from parthenotes. Overall, it cannot be assumed that companies in Germany will develop commercial cell therapy products based on disease-specific cell lines.
4.4 Exclusion of German Scientists from International Collaborations
In addition to the limitations placed on research in Germany by the qualifying date rule, there are also significant risks of criminal liability for German researchers if they participate in international collaborations in the field of stem cell research. The legal expert opinions prepared at the request of the DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2003 a) concluded that the scope of application of the Stem Cell Act is limited to Germany (since only the importation into Germany and the use in Germany can be authorised). Accordingly, solicitation or assistance originating in Germany for a use of stem cells that is undertaken in a foreign country is not punishable according to German law. However, this limited interpretation of the Stem Cell Act is not undisputed in the literature and it is uncertain to what extent it would obtain the assent of the courts. Furthermore, complicity in or indirect perpetration of an offence resulting in a foreign use of (new) stem cells remains punishable even after the named expert opinions. In practice this means that the difficult and legally uncertain delimitation of perpetration and participation becomes decisively important. In light of this background a significant risk of criminal liability for German researchers exists even if based on an authorisation they merely work with stem cells in Germany that were prepared before 01 January 2002, as required by the Stem Cell Act. Problems could arise if, while engaged in their research project, they simultaneously participate in an international group, which includes a foreign partner who works with “new” stem cells, namely those obtained later than the qualifying date. 145
4 Experiences with the Legal Framework Furthermore, it is undisputed that the scope of application of the Embryo Protection Act is not comparably limited to Germany. This means that the risk of criminal liability is even greater for German researchers who participate in international collaborations which produce new stem cell lines. German scientists are faced with the following individual problems:
4.4.1 Advisory Participation in International Panels The advisory participation of German scientists in international panels, commissions and stem cell banks, such as the British forum initiative, is made more difficult or impossible, if these involve hESCs that were established after the qualifying date of 01 January 2002, or if projects are handled in which new hESCs will be directly or by means of nuclear transfer established or used.
4.4.2 International Cooperation Collaboration in international projects, such as those of the EU, is made more difficult or impossible for German participants if the laboratory of the foreign collaboration partners works with hESCs that were established after the qualifying date of 01 January 2002. German scientists also cannot participate in projects that are part of EU programmes and which use new hESCs/NT-hESCs. Finally, it has not been clarified whether German researchers are making themselves liable to prosecution if their knowledge acquired during EU projects (e. g., in the sixth Framework Programme: ESTOOLS, EUROSTEMCELLS) is transferred to the hESC studies of foreign groups that according to the Stem Cell Act would not have been approved in Germany.
4.4.3 International Exchange of Scientists The international exchange of scientists, research assistants and of know-how in the field of hESC research is severely limited. For example, a project leader sending young scientists from a German laboratory to a foreign laboratory (e. g., to learn new techniques for establishing ESCs of other species) could be subject to criminal prosecution. An especially high risk of criminal liability exists for German officials or civil servants with special obligations: According to § 5 No. 12 StGB, German criminal law applies to them independently of the applic146
4.4 Exclusion of German Scientists from International Collaborations able laws at the scene of the crime, also for acts that they commit in foreign countries during an official stay or related to their service. In light of the unclear scope of application of the Stem Cell Act, professors and other employees of state universities, but also members of non-academic research facilities, insofar as an adequate connection to the government exists in the form of research funding, undergo a significant risk when they participate in international collaborations in which stem cells are used that were obtained after 01 January 2002. As a consequence of this, a limitation of scientific exchanges and a slowly progressing exclusion of German scientists from international scientific associations can be expected. This will have an especially negative effect on the organisation of European research, since a close collaboration of the participating working groups in EU projects is explicitly desired. Therefore, it is hardly possible to be or remain an international leader in the field of hESCs in Germany. The fact that hESC research is an internationally expanding scientific field can be seen in the exponentially growing publication numbers (see Figure 5), whereby it has already been noted that German researchers hardly participate at all in publications related to embryonic stem cell research.
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5 Possible Solutions
5.1 Repeal of the Qualifying Date
The qualifying date rule is the primary means of achieving the legislative objective, namely that a derivation of hESCs in foreign countries should not be initiated by Germany. However, with its solution the legislature has not focused on the concrete allocation of legal power towards a specific cause and only attempted to prevent it. Instead, it has gone far beyond such action by excluding the indirect or even far removed cause of embryo consumption by establishing a fixed qualifying date in the law and prohibiting the importation and use of all later developed stem cells. The affected researcher does not have the option of proving that a planned research project will use foreign stem cells in Germany that have not specifically been produced for German research. Instead, the law in principle assumes that all hESCs produced after the qualifying date must be viewed as conclusively having been initiated by Germany. However, the experiences in foreign countries show that stem cell lines are being produced in large numbers even without any demand from Germany. In light of the fact that there is a worldwide demand for embryonic stem cell lines and that the available cell lines can be maintained for a very long time in culture and can be propagated freely, it cannot be assumed that a repeal of the qualifying date would result in the additional consumption of embryos to specifically meet the corresponding demand in Germany. The initiation of embryo consumption in foreign countries, namely a domestic causal contribution to the production of stem cell lines in foreign countries, especially cannot be assumed if cells from the stem cell line already have been used for a foreign project before other cells from this cell line also were imported to Germany. In light of the background of these experiences the qualifying date established in the Stem Cell Act loses much of its persuasive force. In light of the freedom of research, which has been significantly limited by the fixed qualifying date, the previously described disconnection of German research from international progress, which increasingly is becoming a de facto prohibition of stem cell research, and in light of the fact that the protection granted by constitutional law to embryos in 149
5 Possible Solutions foreign countries is less than the protection granted to domestic embryos, a strong argument can be made to repeal the qualifying date for such cell lines that have been established from „supernumerary“ embryos. This should also consider that the Embryo Protection Act in any case prohibits any participation of domestic German researchers in the derivation of stem cells in foreign countries. Thereby, the Embryo Protection Act already takes into account the concerns of the Stem Cell Act, namely that Germany should not provide a causal contribution to the consumption of embryos in foreign countries.
5.2 Facilitation of Diagnostic, Preventative and Therapeutic Use
§ 5 Nr. 1 StZG shows that the research facilitated by the Stem Cell Act indirectly should serve to develop diagnostic, preventative and therapeutic procedures for use in humans. Since we have come closer to developing such procedures, their use under the remaining requirements specified by law also should be permitted in Germany.
5.3 Decriminalisation of Those Researchers who are Working with Already Derived Stem Cells
Criminal law is the strongest means available to the state for enforcement of its commands and prohibitions. It should be used as a last resort only where it is necessary to protect high-ranking rights or interests. Insofar as the derivation of stem cells and the associated destruction of embryos is concerned, many people are of the opinion that high-ranking rights are in fact affected, namely life and human dignity of the embryos. Accordingly, the German Embryo Protection Act – under threat of criminal sanctions – prohibits each use of an embryo that does not serve its preservation (§ 2 EschG); it, thereby, especially prohibits the derivation of stem cells from embryos. This does not only hold for such derivation in Germany. According to the Embryo Protection Act, it is also the person residing in Germany who is subject to criminal prosecution as an indirect perpetrator, joint perpetrator, instigator or accomplice by participating in the derivation of stem cells in a foreign country. 150
5.3 Decriminalisation of Researchers Officials or civil servants with special obligations can even be subject to criminal prosecution in accordance with the Embryo Protection Act independently of any contributory action occurring in Germany, as long as they are in a foreign country during an official stay or in relation to their service violate the Embryo Protection Act. The Stem Cell Act, which under threat of prosecution prohibits the importation and use of stem cells that were obtained before the qualifying date of 01 January 2002, should prevent the consumption of foreign embryos for German research. This objective, as presented above, is already fully achieved by the Embryo Protection Act. It is undisputed that the stem cells that are imported to Germany and are intended to be used here for their part do not enjoy a protection of human dignity and life. Thereby, the threats of criminal prosecution associated with the Stem Cell Act insofar as they exceed those of the Embryo Protection Act can hardly be justified by the necessity of protecting high-ranking rights. In light of the significant uncertainty that the threats of criminal prosecution pose for domestic and foreign researchers participating in international collaborations, the legislature should abolish the threats of criminal prosecution associated with the Stem Cell Act and should only treat violations of the Stem Cell Act as administrative offences punishable by a fine. Some of the mentioned risks of criminal prosecution associated with international research groups result from the fact that the legislature has not in a sufficiently clear manner limited the scope of application of the Stem Cell Act to Germany. According to its prepared expert opinions (Deutsche Forschungsgemeinschaft, 2003 a), the DFG assumes that such a limited scope of application of the law is correct. Greater legal certainty could be ensured if § 2 StZG would be formulated as follows: „This law applies to the importation of stem cells and the use of stem cells that are located in Germany.“ Such a clarification would not affect the criminal liability of all participatory actions during the derivation of stem cells in foreign countries.
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5 Possible Solutions
Explanation: Animal models in stem cell research – Xenotransplantation and chimera formation The discussion concerning the introduction of human embryonic and adult stem cells into animals for the investigation of cell development is characterised by misunderstandings. On the one hand, animal models in research are indispensable for the investigation of the developmental and regeneration capacities of stem cells. On the other hand, the public is afraid of so-called chimeras, mixed creatures from different species or even from humans and animals. This usually overlooks the fact that chimeric tissue also is formed in humans as a result of transplantation of tissues or organs; it consists of donor and recipient tissue. True chimeras – mixed creatures from different species – could develop in the combination of cells from early embryos or through transplantation of embryonic stem cells into blastocyts of another species. Such experiments with human embryonic stem cells are naturally prohibited. The transplantation of human cells, that are already differentiated into neural cells, into animal brains could be more problematic, since the question arises whether the transplantation of human cells eventually could result in human brain functions developing in an animal (Karpowicz et al., 2004). Therefore, an international panel of experts has named the following parameters that must be considered when transplanting human nerve cells into animal brains: – – – –
the number of human cells in relationship to the animal recipient brain, the developmental status of the recipient organism at the time of implantation, the animal species, the size of the animal brain, the brain region into which the cells will be transplanted – and the pathological status of the brain of the recipient animal (Greene et al., 2005). The adequate consideration of these points excludes the possibility of developing animal organisms with human brain functions. Additionally, experiments with human stem cells in other species must exclude a formation of germ cells with mixed genetic information (Karpowicz et al., 2004). However, to investigate the capacity of stem cells to recreate the tissue-specific functions in an organism in vivo, requires the animal model. Before stem cells can be used in humans to regenerate tissue and, thus, possibly heal diseases, the procedure must be adequately tested in different animal models. It has been shown that neural cells derived from human embryonic stem cells integrated into rodent brains (Zhang et al., 2001) and that the undifferentiated human embryonic stem cells after implantation near the neural tube of a chicken embryo could initiate the formation of neurons (Goldstein et al., 2002). Also adult stem cells integrate into different tissues. The successful transplantations of human haematopoietic stem cells into the blood system or of skin stem cells into the skin of adult mice showed that stem cells have the capacity to replace tissue functions. However, additional investigations and long-term studies also in large animal models (dog, pig, primates) will be necessary before the use of hESCs in humans can be considered.
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Abbreviations
ANT: EGC: EPC: ESC: EschG: G-CSF: GLP: GMP: hESC: IVF: MAPC: MIAMI: MTA: NIH: NT: SCNT: SKP: StZG: USSC: ZEKO: ZES:
Altered nuclear transfer Embryonic germ cell Endothelial precursor cell Embryonic stem cell Embryo Protection Act Granulocyte colony stimulating factor (cytokine) Good Laboratory Practice Good Manufacturing Practice Human embryonic stem cell In vitro fertilisation Multipotent adult progenitor cell Marrow-isolated adult multilineage inducible cell Material Transfer Agreement National Institutes of Health Nuclear transfer, abbreviation for SCNT Somatic cell nuclear transfer Skin-derived precursor cell Stem Cell Act Unrestricted somatic stem cell Central Ethics Committee of the German Medical Association Central Ethics Committee for Stem Cell Research
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Glossary
Abortion: Miscarriage, expulsion of the foetus within the first 28 weeks of development. Adult stem cell: Adult or somatic stem cells are present in organisms after birth. It is from these cells that new specialised cells are formed during the entire lifetime of an organism. Adult stem cells found in organs (especially in the bone marrow, the skin, but also in fat tissue, in the umbilical cord and in umbilical cord blood, in the brain, the liver or the pancreas) generally exhibit a significantly lower regeneration capacity and a more limited differentiation potential in cell culture than embryonic stem cells. Apoptosis: Apoptosis (from the Greek „the act of falling off or down, the decline“) or „programmed cell death“ is a form of physiological cell death, which in contrast to necrosis, is initiated by a biological cell itself. Apoptosis is an essential process for embryonic development and the function of all multicellular living organisms. For example, during the development of the human extremities of an embryo so-called plate-shaped tissue buds initially form, which die off at the interdigital spaces and in this way enable the extremities to achieve their final form. Apoptosis is also important in cancer research, because it eliminates cells that have been damaged by mutations or viral infections. It is an objective of cancer research to initiate controlled apoptosis in degenerated cells. Blastocyst: An embryo during the fourth to seventh day of development. The blastocyst consists of an outer group of cells from which the parts of the placenta develop (trophoblast) and the inner cell mass from which the foetus will develop (embryoblast). Blastomeres: The first cells of an embryo following the division of the zygote until the morula stage is reached and before the onset of blastocyst formation. These cells are still undifferentiated. Body cell (somatic cell): Each cell of an embryo, foetus or human being, which is not destined to develop into a germ cell. All somatic cells of a human being contain duplicate sets of chromosomes and normally contain identical genetic information. 155
Glossary Cell culture: A cell culture is the cultivation of animal or plant cells in a nutrient medium outside of the organism. Animal cells are (usually) cultivated in a defined nutrient medium under the addition of foetal calf serum. ESCs are usually propagated in an undifferentiated state on so-called „feeder cells“ (trophocytes). Chimera: This term is not used uniformly (see also Hybrid). An individual composed of tissues that are genetically different (also termed: mosaic). In the wider sense also individuals containing tissues from different species (e. g., „geep“ from goat and sheep). Chimeras are obtained by injection of one or several foreign cells into a blastocyst. In the strict sense a chimera is also generated by organ transplantation. Chromosome: Chromosomes are the carriers of genetic information contained within the cell nucleus that are transmitted to daughter cells in each cell division. They consist almost of equal parts of a long thread of DNA and associated proteins. In humans each body cell contains chromosomes in duplicate, 22 pairs of autosomes and 2 sex chromosomes, X and Y (46, XX oder 46, XY). Each germ cell contains a single set of chromosomes (23, X oder 23, Y). The number and morphology of chromosomes is a characteristic feature of every species. Cloning: The process of copying and identical multiplication. The term is used in the context of molecules, cells, tissues, plants (shoots), animals and humans. Clones are copies with identical sets of genes. Cytoplasm: Content of a cell excluding the cell nucleus. Cytoplasm consists of a gelatinous to liquid medium and many cell organelles as well as a filamentous network, the cytoskeleton. Most of the essential cell functions and metabolic processes occur in the cytoplasm. The cytoplasm is delimited from the nucleus by the nuclear membrane and from the outside world by the cell membrane. Differentiation: The process of development of the undifferentiated cells of the embryo stage into highly specialised cells of an adult organism which are streamlined for their respective special functions. In differentiating cells different sets of genes become activated or inactivated. With a few exceptions each differentiated cell, like the original fertilised oocyte, still contains the entire genetic information. However, the cell is able to „recall“ only a subset of this information. A terminally differentiated cell is the end product of a number of differentiation steps. Differentiated cells differ from one another considerably in terms of morphology and function, and from the initial cell from which they develop. DNA: Deoxyribonucleic acid is the chemical building block of genetic information. DNA contains the information for the production of all proteins required for the function of body cells. EGC (embryonic germ cell): Pluripotent stem cells that can be obtained from primordial germ cells of foetuses (e. g., after medically indicated abortion). Egg cell: Also oocyte, ovum. Female germ cell. 156
Glossary Embryo: The term is not used uniformly. In medicine the term refers to the foetus beginning with the fertilised oocyte or also beginning with the implantation into the uterus until completion of organogenesis approximately eight weeks later. Embryoblast: The inner cell mass (ICM) of the blastocyst from which the foetus develops. The cells of the inner cell mass are pluripotent. Embryoid bodies: Cell aggregates of differentiating ESCs from which after several days in cell culture a mixture of different cell types spontaneously arises, specifically contracting myocardial cells, neuronal cells, fat cells, cells of the immune system, cartilage cells and others. These are not embryos and „embryoid bodies“ also cannot develop as embryos. Embryo Protection Act (EschG, Embryonenschutzgesetz): This law is a supplementary penal provision. It is effective from the time when the fertilisation of an oocyte has been completed until the complete implantation of the fertilised oocyte in the uterus on approximately day 14 of development. In addition, totipotent cells legally are put into the same category as an embryo. Once the oocyte has been implanted into the uterus, provisions of the Penal Code providing protection against premeditated killing as well as restrictive clauses of § 218 apply. Enucleated oocyte: A female germ cell from which the cellular nucleus has been removed. ESC (embryonic stem cell): Pluripotent stem cells of the inner cell mass of a blastocyst after transfer to cell culture. Expression: Gene expression is the translation of the information that is stored in the DNA of a gene into cell structures and signals. These are often present as proteins. The expression of genes is a complex process that consists of many different individual steps. Generally, the regulation of gene expression at different stages of the realisation process can lead from the gene to the trait. Fertilisation: The process of fusion of an oocyte (egg cell) with a sperm cell resulting in the formation of a fertilised oocyte (zygote). The process involves several intermediate steps and begins with the first contact of the sperm cell with the coat (zona pellucida) of the oocyte and ends with a combination of the chromosomes of the oocytes and those of the sperm cell to form a new individual genome. The chromosomes of the new genome are present in duplicate form (chromosome pairs). Foetus: Also fetus. According to German law the embryo following its implantation into the uterus. In medicine this term is used for the embryo after completion of embryonic development, i. e., after week nine of pregnancy. Gene: A section of the DNA encoding a function, for example, a protein. Apart from coding regions (exons), genes also comprise further regions, such as introns (non-coding regions) and promoters (regulatory elements). The human genome contains approximately 40,000 genes. 157
Glossary Genome: A term not used uniformly that refers to the total DNA of an individual or the genetic information of a cell (see also gene). Germ cells: Oocytes and sperm cells. Mature germ cells contain a single copy of each chromosome (haploid chromosome set). The duplicate set of chromosomes (diploid) is obtained after the fusion of two germ cells (oocyte and sperm cell). Germ layers: In the developmental biology of multicellular animals, germ layers refer to an initial differentiation of an embryo into different cell layers from which the different structures, tissues and organs subsequently develop. One distinguishes the ectoderm, mesoderm and endoderm (outer, middle and inner germ layer). Haematopoiesis: Medical term for blood formation and maturation of blood cells in the bone marrow (i. e., for their formation from haematopoietic stem cells). Under the influence of growth factors, the different cells of the blood system mature within a few hours to approximately ten days. hESC: Human embryonic stem cell (see ESC). Hybrid: A term not used uniformly that refers to the progeny of parents that are not genetically identical, meant here: of different species. In this text this refers to a mixture of human and animal cell material, e. g., of a nucleus of a human somatic cell and of an enucleated oocyte of a rabbit. All body cells of a hybrid individual are genetically identical in contrast to the cells of chimeras. An example from the animal kingdom is the mule, which is a crossing between a horse and a donkey. In vitro: Latin for „in the glass“ (test tube, cell culture etc.). This means production outside of the organism; in contrast to in vivo, which refers to the living organism. In vitro fertilisation: Extracorporeal fertilisation. The fertilisation of an oocyte with a sperm cell outside of the body. Marker: In molecular biology a marker (German „Markierung“, also called marker gene) is a known DNA sequence (a gene or part of a gene) whose product imparts a phenotype to an organism by which carriers of this sequence can be identified or characterised. Mesenchymal stem cell: Mesenchyme (Greek: that which has been poured into the middle) is the embryonic connective tissue. It originates by cells breaking loose from the germ layers of the embryo, especially the middle layer. Mesenchyme consists of star-shaped, branched mesenchymal cells. They are connected to one another by cytoplasmic projections. They have a high capability of dividing (mitosis rate) and can differentiate into different mesenchymal tissues (e. g., cartilage, bone, skeletal muscle, fat, tendons); they are multipotent. Murine: Originating from the mouse. 158
Glossary Nuclear transfer: Transfer of a cell nucleus into an enucleated oocyte. Oocyte: Also ovum. Egg cell, female germ cell. Pluripotency: „Possessing a variety of developmental capacities“. Pluripotent cells can develop into many different tissues and cell types of an organism but cannot develop into a whole organism. Primordial germ cell: Precursors of germ cells. Cells that give rise through a series of developmental stages to germ cells. In contrast to mature germ cells primordial germ cells possess the chromosome set of a somatic cell, i. e., the diploid chromosome set (duplicate chromosomes). These cells are distinguished from adult and embryonic stem cells by the nature and extent of DNA methylation pattern (imprinting) that is of importance for the regulation of gene activity. Proliferation: Cell division. Biological process that ensures the growth and reproduction of organisms. In mitosis (asexual cell division) of the eukaryotes (organisms with a nucleus and cell membrane) division results in the genetic material (deoxyribonucleic acid, DNA) of the daughter cells being identical to that of the parent cell. In (symmetrical) cell division one cell results in two new equivalent cells. In asymmetrical cell division a differentiated cell is formed, while the other cell propagates as an undifferentiated cell („self-renewal“). Especially adult stem cells are characterised by the capacity to engage in asymmetrical cell division. Cell division in an organism that proceeds in an uncontrolled manner is called a growth, ulcer or tumour. Cancer is one of the most serious disorders of this type. Reprogramming: A reversal of differentiation. Reprogramming of a cell nucleus of a terminally differentiated somatic cell to the completely undifferentiated level of a fertilised oocyte has been obtained by the fusion of a somatic cell (i. e., its nucleus) with an enucleated oocyte in the case of sheep, mice, cattle, pigs and goats (Dolly cloning method). The mechanism underlying reprogramming has not been elucidated yet. Somatic stem cell: See adult stem cell. Somites: Precursors of the muscles that temporarily occur in the embryo. They develop as single segments from the mesoderm, the middle germ layer. Their number and distribution is a measure of the developing embryo’s age. Telomeres: Telomeres are the natural ends of the chromosome and protect the ends against instability. Telomeres shorten with each cell division. Therefore, they are a measure of cell aging (senescence) and when a critical minimum is reached cell death occurs. Tissue engineering: Combination of „tissue“ and „engineering“. „Tissue engineering“ is the technique of cultivating living tissue outside of the body in order to reintroduce it to the body at a later time. The objective is to replace missing tissue or missing tissue functions. The three-dimensional simulation of a morphologically and functionally complex tissue or organ so far has not been possi159
Glossary ble. An example of „tissue engineering“ is cartilage replacement in the knee joint and skin replacement in patients with severe burns. Transcription: In biology transcription (Latin, trans: beyond, across; scribere: to write) is the first step of protein biosynthesis as well as the synthesis of tRNA and rRNA. In transcription a gene is read and multiplied as a mRNA molecule; this means that a specific DNA segment serves as a template for the synthesis of a new RNA strand. During this process, the nucleic bases of DNA (A, T, C, G) are transcribed into the nucleic bases of RNA (U, A, G, C). Xenogenic: Originating from other organisms.
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Members of the Ad Hoc Committee
At the suggestion of the Senate Commission on Genetic Research a committee of experts headed by Vice President, Professor Hacker was appointed to prepare the statement.
Members of the Ad Hoc committee were: Prof. Dr. Claus-Rainer Bartram – Member of the Senate Commission on Genetic Research –
Institut für Humangenetik der Universität Im Neuenheimer Feld 328 69120 Heidelberg
Prof. Dr. Oliver Brüstle
Institut für Rekonstruktive Neurobiologie Universitätskliniken Bonn Sigmund-Freud-Straße 25 53127 Bonn
Prof. Dr. Bärbel Friedrich
Institut für Biologie Arbeitsbereich Mikrobiologie Humboldt-Universität Berlin Unter den Linden 6 10117 Berlin
Prof. Dr. Axel Haverich – Member of the Senate Commission on Clinical Research –
Klinik für Thorax-, Herzund Gefäßchirurgie Medizinische Hochschule Hannover Carl-Neuberg-Straße 1 30625 Hannover
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Members of the Ad Hoc Committee Prof. Dr. Jörg Hinrich Hacker – Vice President of the DFG, Spokesman of the Ad Hoc Committee –
Institut für Molekulare Infektionsbiologie Bayerische Julius-MaximiliansUniversität Würzburg Röntgenring 11 97070 Würzburg
Prof. Dr. Hans Robert Schöler
Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin Abteilung Zell- und Entwicklungsbiologie Röntgenstraße 20 48149 Münster
Prof. Dr. Bettina Schöne-Seifert – Member of the Senate Commission on Genetic Research –
Institut für Ethik, Geschichte und Theorie der Medizin Westfälische Wilhelms-Universität Münster Von-Esmarch-Straße 62 48149 Münster
Prof. Dr. Angelika Schnieke
Department für Tierwissenschaften Technische Universität München Weihenstephaner Berg 3 85354 Freising
Prof. Dr. Klaus Tanner
Institut für Systematische Theologie Theologische Fakultät Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg Franckeplatz 1 06110 Halle
Prof. Dr. Jochen Taupitz – Member of the Senate Commission on Genetic Research –
Institut für Deutsches, Europäisches und Internationales Medizin-, Gesundheitsrecht und Bioethik der Universitäten Heidelberg und Mannheim Schloss 68131 Mannheim
Prof. Dr. Anna M. Wobus
Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) Corrensstraße 3 06466 Gatersleben
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Members of the Ad Hoc Committee From the Head Office of the DFG: Dr. Annette Schmidtmann
Dr. Dr. Dr. Dr.
Sandra Westerburg Tobias Grimm (contact person) Cornelia Pretzer Katharina Hein
Research Training Groups, Graduate Schools, Promoting Young Researchers (until 31. 10. 2006 Life Sciences Division) Legal Affairs Life Sciences Division Press and Public Relations Life Sciences Division
Deutsche Forschungsgemeinschaft German Research Foundation Kennedyallee 40 53175 Bonn We thank Mrs. Hilde Merkert, Institut für Molekulare Infektionsbiologie, Bayerische Julius-Maximilians-Universität Würzburg, Röntgenring 11, 97070 Würzburg, for her assistance in preparing the figures. For providing the unpublished data, we thank Dr. Peter Löser, Geschäftsstelle der Zentralen Ethik-Kommission für Stammzellenforschung (ZES), Robert-KochInstitut, Seestraße 10, 13353 Berlin.
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Addenda
Act ensuring protection of embryos in connection with the importation and utilization of human embryonic stem cells – Stem Cell Act – (Stammzellgesetz – StZG) Of 28 June 2002 (unofficial translation)* The Bundestag has adopted the following Act: Section 1 Purpose of the Act In consideration of the State’s obligation to respect and protect human dignity and the right to life and to guarantee the freedom of research, the purpose of the present Act is 1. to ban, as a matter of principle, the importation and utilization of embryonic stem cells, 2. to prevent demand in Germany from causing the derivation of embryonic stem cells or the production of embryos with the aim of deriving embryonic stem cells, and 3. to determine the requirements for permitting, as an exception, the importation and utilization of embryonic stem cells for research purposes. Section 2 Scope The present Act shall apply to the importation and utilization of embryonic stem cells. Section 3 Definitions For the purpose of the present Act 1. stem cells mean all human cells which have the potential to multiply by cell division if in a suitable environment and which by themselves or through their daughter cells are capable, under favourable conditions, of developing into specialized cells, not, however, into a human being (pluripotent stem cells), 2. embryonic stem cells mean all pluripotent stem cells derived from embryos which have been produced in vitro and have not been used to induce pregnancy or which have been taken from a woman before completion of nidation, 3. embryonic stem cell lines mean all embryonic stem cells which are kept in culture or those which are subsequently stored using cryopreservation methods, 4. embryo means any human totipotent cell which has the potential to divide and to develop into a human being if the necessary conditions prevail, 5. importation means the introduction of embryonic stem cells into the territorial scope of the present Act.
* Courtesy of the German Federal Ministry of Education and Research (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
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Addenda Section 4 Importation and utilization of embryonic stem cells (1) The importation and utilization of embryonic stem cells shall be prohibited. (2) Notwithstanding para 1, the importation and utilization of embryonic stem cells for research purposes shall be permissible under the conditions stipulated in section 6 if 1. the competent agency has satisfied itself that a) the embryonic stem cells were derived before 1 January 2002 in the country of origin in accordance with relevant national legislation there and are kept in culture or are subsequently stored using cryopreservation methods (embryonic stem cell line), b)
the embryos from which they were derived have been produced by medically-assisted in vitro fertilization in order to induce pregnancy and were definitely no longer used for this purpose and that there is no evidence that this was due to reasons inherent in the embryos themselves,
c) no compensation or other benefit in money’s worth has been granted or promised for the donation of embryos for the purpose of stem cell derivation and if 2. other legal provisions, in particular those of the German Embryo Protection Act, do not conflict with the importation or utilization of embryonic stem cells. (3) Approval shall be refused if the embryonic stem cells have obviously been derived in contradiction to major principles of the German legal system. Approval may not be refused by arguing that the stem cells have been derived from human embryos. Section 5 Research using embryonic stem cells Research involving embryonic stem cells shall not be conducted unless it has been shown by giving scientific reasons that 1. such research serves eminent research aims to generate scientific knowledge in basic research or to increase medical knowledge for the development of diagnostic, preventive or therapeutic methods to be applied to humans and that, 2. according to the state-of-the-art of science and technology, a) the questions to be studied in the research project concerned have been clarified as far as possible through in vitro models using animal cells or through animal experiments and b)
the scientific knowledge to be obtained from the research project concerned cannot be expected to be gained by using cells other than embryonic stem cells.
Section 6 Approval (1) Any importation and any utilization of embryonic stem cells shall be subject to approval by the competent agency. (2) Applications for approval must be submitted in writing. In the documents accompanying the application, the applicant shall provide the following information in particular: 1. Name and official address of the person responsible for the research project concerned, 2. a description of the research project including scientific reasons showing that the research project meets the requirements set forth in section 5 above,
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Stem Cell Act 3. a documentation concerning the embryonic stem cells to be imported or used showing that the requirements set forth in no. 1 of para 2 of section 4 above have been complied with or equivalent evidence that a) the embryonic stem cells to be imported or used are identical with those registered in a scientifically recognized, publicly accessible registry maintained by government agencies or agencies authorized by the government and that, b)
by way of such registration, the requirements set forth in no. 1 of para 2 of section 4 above have been complied with.
(3) The competent agency shall immediately acknowledge in writing receipt of the application and the attached documents. At the same time, the agency shall request the opinion of the Central Ethics Commission on Stem Cell Research. On receipt of the opinion, the agency shall notify the applicant of the content and the date of the opinion adopted by the Central Ethics Commission on Stem Cell Research. (4) Approval shall be given if 1. the requirements set forth in para 2 of section 4 above have been complied with, 2. the requirements set forth in section 5 above have been complied with and, accordingly, the research project is ethically acceptable, and if 3. an opinion by the Central Ethics Commission on Stem Cell Research has been submitted following a request by the competent agency to this effect. (5) If the application, complete with documentation, and the opinion of the Central Ethics Commission on Stem Cell Research have been received, the agency shall decide in writing on the application within a period of two months. In doing so, the agency shall consider the opinion adopted by the Central Ethics Commission on Stem Cell Research. If the competent agency’s decision differs from the opinion adopted by the Central Ethics Commission on Stem Cell Research, the agency shall give its reasons in writing. (6) Approval can be limited in time or by imposing obligations to the extent necessary for complying with or continuing to meet the approval requirements pursuant to para 4 above. If, following approval, events occur which conflict with the granting of approval, approval can be withdrawn wholly or in part with effect in the future or be limited in time or be made dependent on the fulfilment of conditions to the extent necessary for complying with or continuing to meet the approval requirements set forth in para 4 above. Any objection to or action for rescission of withdrawal or revocation of approval shall not suspend the effect of the decision. Section 7 Competent agency (1) The Federal Ministry for Health shall determine by ordinance which authority in its portfolio shall be the competent agency. The agency shall discharge – as federal administrative tasks – the duties assigned to it by virtue of the present Act and shall be supervised by the Federal Ministry for Health. (2) Costs (fees and expenses) shall be charged for official acts performed by virtue of the present Act. The law on administrative costs shall apply. In addition to the exemption of the legal entities mentioned in para 1 of section 8 of the law on administrative costs, nonprofit research organizations shall be exempt from paying any fees. (3) The Federal Ministry for Health shall be authorized to determine, by ordinance and in agreement with the Federal Ministry of Education and Research, the acts which shall be subject to a fee, providing for fixed rates or tiered rates. In fixing such rates, the importance, the commercial value or any other benefit arising from approval for those having to
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Addenda pay fees shall be taken into account. The ordinance can provide for a fee to be charged for an uncompleted official act if the person who requested the official act is responsible for noncompletion. (4) The applicants’ own expenses incurred in the course of providing the information the agency requires to decide on approval shall not be reimbursed. Section 8 The Central Ethics Commission on Stem Cell Research (1) An independent, interdisciplinary Central Ethics Commission on Stem Cell Research shall be established at the competent agency; it shall be composed of nine experts from the disciplines of biology, ethics, medicine and theology. The experts to be nominated shall include four members from the disciplines of ethics and theology and five scientists from the fields of biology and medicine. The Commission shall elect a chair and a deputy chair from among its members. (2) The members of the Central Ethics Commission on Stem Cell Research shall be appointed by the Federal Government for a three years’ term. Reappointment is possible. As a rule, a deputy shall be appointed for each member. (3) The members and their deputies shall be independent and not bound by instructions. They shall be obliged to observe secrecy. Sections 20 and 21 of the Law on Administrative Procedures shall apply mutatis mutandis. (4) The Federal Government shall be authorized to enact an ordinance specifying the details concerning the appointment of, and the procedure to be followed by, the Central Ethics Commission on Stem Cell Research, the invitation of external experts, and cooperation with the competent agency including deadlines. Section 9 Duties of the Central Ethics Commission on Stem Cell Research The Central Ethics Commission on Stem Cell Research shall examine and evaluate applications and accompanying documents in order to determine whether the requirements set forth in section 5 above have been complied with and, accordingly, the research project is ethically acceptable. Section 10 Confidentiality (1) The application documents referred to in section 6 above shall be treated as confidential. (2) Notwithstanding para 1 above, the following data may be entered into the registry referred to in section 11 below: 1. the information to be provided on the embryonic stem cells in accordance with no. 1 of para 2 of section 4 above, 2. the name and official address of the person responsible for the research project, 3. basic data concerning the research project, in particular a brief description of the planned research specifying the reasons for its eminence, naming the institution where the research will be conducted and indicating its expected duration. (3) If an application is withdrawn before a decision on approval has been made, the competent agency shall delete the data stored in connection with the application and return such application and accompanying documents.
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Stem Cell Act Section 11 Registry Information on the embryonic stem cells and basic data concerning approved research projects shall be registered by the competent agency in a publicly accessible registry. Section 12 Obligation to notify The person responsible for the research project has to notify the competent agency without delay of any major changes occurring after application which affect the permissibility of the importation or utilization of the embryonic stem cells in question. Section 6 shall remain unaffected. Section 12 Penal provisions (1) Any person who imports or uses embryonic stem cells without having obtained approval pursuant to para 1 of section 6 above shall be punished with imprisonment of up to three years or shall be fined. Any person who obtains approval by deliberately giving false information shall be deemed to have acted without approval within the meaning of the preceding sentence. The attempt shall be punishable. (2) Any person who fails to meet a binding requirement imposed pursuant to the first or second sentence of para 6 of section 6 above shall be punished with imprisonment of up to one year or shall be fined. Section 14 Provisions on administrative fines (1) An administrative offence shall be deemed to be committed by any person who, 1. contrary to the second sentence of para 2 of section 6 above, provides incorrect or incomplete information or, 2. contrary to the first sentence of section 12 above, does not notify changes or gives an incorrect, incomplete or belated notification. (2) The administrative offence can be punished with an administrative fine of up to fifty thousand Euro. Section 15 Report The Federal Government shall submit to the Deutscher Bundestag a report presenting the experience gained with the implementation of the present Act every two years, beginning at the end of 2003. The report shall also describe the results of research using other types of human stem cells. Section 16 Entry into force The present Act shall enter into force on the first day of the month following promulgation.
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Addenda Act for the Protection of Embryos – Embryo Protection Act – (Embryonenschutzgesetz – EschG) of 13 December 1990 (unofficial translation)* The Bundestag has passed the following Act: Section 1 Improper use of reproduction technology (1) Anyone who i) transfers to a woman an unfertilised egg produced by another woman; ii) attempts to fertilise artificially an egg for any purpose other than causing a pregnancy in the woman from whom the egg originated; iii) attempts, within one treatment cycle, to transfer more than three embryos to a woman; iv) attempts, by gamete intrafallopian transfer, to fertilise more than three eggs within one treatment cycle; v) attempts to fertilise more eggs from a woman than may be transferred to her within one treatment cycle; vi) removes an embryo from a woman before completion of implantation in the uterus, in order to transfer it to another woman or to use it for another purpose which does not serve its preservation; or vii) attempts to carry out an artificial fertilisation of a woman who is prepared to give up her child permanently after birth (surrogate mother) or to transfer a human embryo to her. shall be punished with imprisonment of up to three years, or a fine: (2) Likewise, anyone who i) brings about artificially the penetration of a human egg by a human sperm cell, or ii) injects a human sperm into a human egg artificially, without intending to cause a pregnancy in the woman from whom the egg originated shall be punished or fined. (3) In the case of para 1, i, ii and vi, the woman from whom the egg or embryo originated, and likewise the woman to whom the egg will be transferred, and in the case of para 1, vii, the surrogate mother and likewise the person who wishes to take longterm care of the child, shall not be punished. (4) In the case of para 1, vi and 2, any attempt shall be punishable. Section 2 Improper use of human embryos (1) Whoever sells a human embryo produced by in vitro fertilisation or removed from a woman before completion of implantation in the uterus, or gives it away or acquires or uses it for a purpose not serving its preservation shall be punished with imprisonment of up to three years or a fine.
* Courtesy of the German Federal Ministry of Education and Research (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
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Embryo Protection Act (2) Likewise, anyone who causes a human embryo to develop further outside the body for any purpose other than causing a pregnancy shall be punished. (3) Any attempt shall be punishable. Section 3 Ban on sex selection Anyone who attempts to fertilise artificially a human egg with a sperm which has been selected for the sex chromosome contained in it, shall be punished with up to one year’s imprisonment or a fine. This shall not apply if the selection of a sperm is made by a doctor in order to prevent the child from falling ill with Duchenne-type muscular dystrophy or a similarly severe sex-linked genetic illness, and if the illness threatening the child has been recognised as being similarly severe by the body responsible in accordance with the respective Land legislation. Section 4 Unauthorised fertilisation, unauthorised embryo transfer, and artificial fertilisation after a man’s death (1) Anyone who i) attempts to artificially fertilise an egg without having first obtained the consent of the woman whose egg is to be fertilised, and of the man whose sperm will be used for fertilisation, ii) attempts to transfer an embryo to a woman without her consent, or iii) knowingly fertilises artificially an egg with the sperm of a man after his death shall be punished with imprisonment of up to three years or a fine. (2) In the case of para 1 iii, the woman on whom the artificial fertilisation was performed shall not be punished. Section 5 Artificial alteration of human germ line cells (1) Anyone who artificially alters the genetic information of a human germ line cell will be punished with imprisonment of up to five years or a fine. (2) Likewise, anyone who uses a human germ cell with artificially altered genetic information for fertilisation shall be punished. (3) Any attempt shall be punishable. (4) Para 1 shall not apply to i) an artificial alteration of the genetic information of a germ cell outside the body, if any use of it for fertilisation has been ruled out, ii) an artificial alteration of the genetic information of another endogenous germ line cell that has been removed from a dead embryo or foetus, from a human being or from a deceased person, if it has been ruled out that a) they will be transferred to an embryo, foetus or human being or b) a germ cell will originate from it, iii) inoculations, or vaccinations, radiotherapy, chemotherapeuty or other treatments which are not intended to alter the genetic information of germ line cells.
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Addenda Section 6 Cloning (1) Anyone who artificially causes a human embryo to develop with the same genetic information as another embryo, foetus, human being or deceased person shall be punished with imprisonment of up to five years or a fine. (2) Likewise, anyone who transfers to a woman an embryo as designated in para 1 shall be punished or fined. (3) Any attempt shall be punishable. Section 7 Formation of chimaeras and hybrids (1) Anyone who attempts i) to unite embryos with different genetic material, using at least one human embryo, ii) to unite a human embryo with a cell which contains genetic information different from that of the embryo cells and which is able to develop further, or, iii) by fertilisation of a human egg with the sperm of an animal or by fertilisation of an animal’s egg with the sperm of a man, to generate an embryo capable of development, shall be punished with imprisonment of up to five years or a fine. (2) Likewise, anyone who attempts i) to transfer an embryo originating from a procedure defined in para 1 to a) a woman or b) an animal or ii) to transfer a human embryo to an animal shall be punished. Section 8 Definitions (1) For the purpose of this Act, an embryo means a fertilised human egg capable of developing from the time of fusion of the nuclei, and further each totipotent cell removed from an embryo that is capable of dividing and developing into an individual human being if the necessary conditions prevail. (2) In the first twenty-four hours after fusion of the nuclei, the fertilised human egg is considered capable of development unless it is established, before expiry of this period, that it will not develop beyond the one-cell stage. (3) For the purpose of this Act, germ line cells mean those cells that lead, in one cell line, to the egg and sperm cells of the human being originating from the fertilised egg, and further the egg from the time of injection or penetration of the sperm until completion of fertilisation by fusion of the nuclei. Section 9 Reservation Only a doctor may carry out i) artificial fertilisation, ii) the transfer of a human embryo to a woman, iii) the preservation of a human embryo or a human egg which has already been penetrated by a human sperm or into which a human sperm has been artificially injected.
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Embryo Protection Act Section 10 Voluntary participation No one is obliged to carry out or take part in the measures described in section 9 above. Section 11 Offences against section 9 (1) Anyone who, without being a doctor, i) carries out an artificial fertilisation contrary to section 9 i or ii) transfers a human embryo to a woman contrary to section 9 ii, shall be punished with imprisonment of up to one year or a fine. (2) In the case of section 9 i, a woman who has performed an artificial insemination on herself and the man whose sperm is used for artificial insemination shall not be punished. Section 12 Provisions on administrative fines (1) An administrative offence shall be deemed to have been committed by anyone who, contrary to section 9 iii, preserves a human embryo or a human egg as described in 9 iii, without being a doctor. (2) Such an offence may be punished with an administrative fine of up to five thousand deutschmarks. Section 13 Entry into force This Act shall enter into force on 1 January 1991.
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