Aufstieg, Fall und Wiederbelebung der Forschung zur menschlichen Entwicklung

Eine neue Studie wirft einen Blick auf die Geschichte der Forschung zur menschlichen Embryologie und Entwicklung, um die „Aufmerksamkeitszyklen“ aufzuzeigen, die zu großen wissenschaftlichen Durchbrüchen führten.

Die Analyse der Vergangenheit wirft Licht auf die gegenwärtige Wiederbelebung der Forschung zur menschlichen Entwicklung. Das ist die Lehre einer neuen Studie von Professor Nick Hopwood vom Institut für Geschichte und Philosophie der Wissenschaften, die veröffentlicht im Zeitschrift für Geschichte der Biologie.

Der Artikel befasst sich mit der Blütezeit der menschlichen Embryologie vor einem Jahrhundert, ihrem Popularitätsverlust nach dem Zweiten Weltkrieg und insbesondere ihrer Wiederbelebung seit dem späten 20. Jahrhundert.

„Jeder Zeitschriftenartikel und jede Nachrichtengeschichte über die menschliche Entwicklung enthält ein Stück Geschichte, aber diese ist oft engstirnig, selten informativ und nicht immer genau“, sagt Hopwood. „Ich wollte einen Schritt zurücktreten und das Gesamtbild sehen, um dann tiefer zu graben und herauszufinden, wie und warum es zu einer solchen Flut an Aufmerksamkeit gekommen ist. Die Arbeit in Cambridge hat das einfacher gemacht.“

Die Universität war Vorreiter bei Innovationen, vom ersten Retortenbaby bis hin zur erweiterten Kultur früher Embryonen, Organoiden und anderen Stammzellenmodellen. Die Vernetzung von Fachwissen in Naturwissenschaften und Medizin, Geistes- und Sozialwissenschaften durch Cambridge Reproduction half Hopwood, die Entstehung dieser Fortschritte zu rekonstruieren.

Dazu war eine Kombination aus Recherchen in Bibliotheken und Archiven und der Interaktion mit Wissenschaftlern erforderlich, darunter Interviews, Dokumentenaustausch, Konferenzbesuche und Vorträge hier und anderswo.

„Die menschliche Entwicklung ist seit langem von besonderem Interesse, da sie Belege für unsere Herkunft und medizinische Bedeutung hat, aber sie ist schwer zu untersuchen“, erklärt Hopwood. „Historisch gesehen gab es zwei Hauptansätze.“

„Entweder man kommt zu dem Schluss, dass es zu schwierig ist, menschliche Embryonen zu erforschen, weil sie normalerweise in schwangeren Körpern verborgen sind, also sollten wir andere Tiere untersuchen und hoffen, dass die Ergebnisse übertragbar sind. Das ist ein indirekter Ansatz. Oder man versucht, die bestmöglichen Ergebnisse aus den wenigen menschlichen Proben zu erzielen, die man erhalten kann. Das ist ein direkter Ansatz.“

„Mein Artikel analysiert den Anstieg der Forschung direkt an menschlichem Material als Teil der sich wandelnden Politik bei der Auswahl einer zu untersuchenden Art. Ich untersuche, wie sich Forscher von der Arbeit an Tiermodellen distanzierten, aber selbst Studien am Menschen darauf angewiesen waren.“

Das Interesse an menschlichen Embryonen wuchs im späten 19. Jahrhundert im Zuge der Evolutionsdebatten. Darwinisten wiesen auf die Ähnlichkeit von Menschen und anderen Tieren in frühen Entwicklungsstadien als Beweis für eine gemeinsame Abstammung hin. Kritische Anatomen reagierten darauf, indem sie Netzwerke von Ärzten einrichteten, um Material zu sammeln, vor allem von Fehlgeburten. Neue Techniken wie Serienschnitte und Wachsmodellierungen aus den Schnitten machten Details der inneren Struktur in 3D sichtbar.

Dies führte zu einem Wendepunkt. Die Carnegie Institution of Washington gründete eine Abteilung für Embryologie an der Johns Hopkins University in Baltimore. Die 1914 gegründete erste Forschungseinrichtung, die sich speziell der Embryologie widmete, konzentrierte sich auf menschliche Embryonen, die inzwischen auch zunehmend aus aseptischen Operationen aufgrund verschiedener Erkrankungen gewonnen wurden.

Zu den wichtigsten Entdeckungen gehört die Aufklärung des Zeitpunkts des Eisprungs im Menstruationszyklus, zunächst bei Rhesusaffen. Erstmals wurden menschliche Embryonen aus den ersten zwei Wochen nach der Befruchtung beschrieben.

Fliegen, Frösche und Küken

Nach dem Zweiten Weltkrieg verlor die menschliche Embryologie an Schwung. Ein neues Fachgebiet, die Entwicklungsbiologie, konzentrierte sich auf Modellorganismen wie Fliegen, Frösche, Küken und als exemplarisches Säugetier Mäuse.

„Um Fortschritte zu machen, so das Argument, müsse man an Spezies arbeiten, bei denen man leichter mehr erreichen könne“, erklärt Hopwood. „Das bedeute Mikromanipulation, genügend Material für biochemische und molekularbiologische Untersuchungen und genetische Werkzeuge.“

Dieser Ansatz zeigte seine Wirksamkeit in den 1980er Jahren, als man herausfand, dass die Entwicklungsmechanismen im gesamten Tierreich besser konserviert sind, als Forscher gedacht hatten. Etwa zur gleichen Zeit erwachte jedoch das Interesse an der Verwendung menschlichen Materials wieder.

„Im 20. Jahrhundert gab es keine stetig steigende Forschungskurve zur menschlichen Entwicklung“, behauptet Hopwood. „Stattdessen haben menschliche Embryonen Zyklen der Aufmerksamkeit und Vernachlässigung durchlaufen.“

„Da sich neue Möglichkeiten eröffneten und sich das Kräfteverhältnis zwischen Forschern, die sich mit verschiedenen Organismen beschäftigten, verschob, änderte sich auch die Politik der Artenwahl. In den letzten vier Jahrzehnten haben wir eine Erneuerung der Forschung erlebt, die sich direkt auf die menschliche Entwicklung bezieht. Dies ist in erster Linie auf Veränderungen bei Angebot und Nachfrage zurückzuführen.“

Mit der In-vitro-Fertilisation beim Menschen, die 1978 mit einer Lebendgeburt einherging, konnten Embryonen vor der Implantation in die Gebärmutter gewonnen werden. Nach langen Debatten erlaubte der britische Human Fertilization and Embryology Act von 1990, dass gespendete Embryonen unter strengen Auflagen bis zu 14 Tage nach der Befruchtung in vitro aufbewahrt werden dürfen. Allerdings wurde diese Grenze erst 2016 erreicht.

In der Zwischenzeit stellten Biobanken, insbesondere die Human Developmental Biology Resource in Newcastle und London, ethisch einwandfreie Lieferungen von postimplantativen Stadien aus Schwangerschaftsabbrüchen bereit.

Es gab Widerstand von Abtreibungsgegnern, und es werden viel weniger Embryonen für die Forschung gespendet, als Wissenschaftlern (und manchen Patienten) lieb ist. Aber das Feld hat sich gewandelt. Wie schon um 1900 haben neue Technologien das Studium menschlicher Embryonen erleichtert. Nur liegen die Fortschritte heute in der digitalen Kommunikation, der molekularen Analyse und den bildgebenden Verfahren. Optische Schnitte und Computergrafik haben Mikroskopobjektträger und Wachsmodelle ersetzt.

Mehr als Mäuse

Um menschliche Embryonen mit Genehmigung und Geldern für ihre Erforschung zu erhalten, mussten die Forscher Argumente für die Erforschung unserer eigenen Spezies vorbringen. Sie kurbelten die Nachfrage an, indem sie argumentierten, dass es nicht mehr ausreiche, einfach von Mäusen zu extrapolieren. Wissen und Fähigkeiten aus dem Mausmodell könnten zwar angewendet werden, aber die Unterschiede und die Ähnlichkeiten müssten untersucht werden.

Das war vor der klinischen Anwendung, etwa bei Fruchtbarkeitsbehandlungen, von entscheidender Bedeutung. Es war auch wünschenswert, um herauszufinden, was uns zu Menschen macht – oder zumindest nicht zu Mäusen. Die Geldgeber waren daran interessiert, medizinisch relevante Forschung oder „translationale Wissenschaft“ zu unterstützen.

In den letzten 15 Jahren hat ein anderer Modelltyp die Politik der Artenwahl verändert. Unter dem Vorbehalt laufender ethischer Verhandlungen haben Embryomodelle auf Stammzellenbasis neue Arten von Experimenten zur menschlichen Entwicklung ermöglicht. Einige Forscher behaupten sogar, dass diese menschlichen Systeme jetzt das Modell für die Untersuchung der Grundlagen der Wirbeltierentwicklung sind.

Mäuse bleiben eine wichtige Ressource, denn fast jede Innovation wurde zuerst an ihnen entwickelt. Da ihre Entwicklung jedoch recht eigenartig ist, fördern andere Labore Vergleiche mit Arten, die sich eher wie Menschen entwickeln.

All dies inspirierte vor etwa 10 Jahren die Gründung eines neuen Teilgebiets, der Humanentwicklungsbiologie, nicht zuletzt durch eine Reihe von Konferenzen. Große Forschungsprogramme wie die Human Developmental Biology Initiative bringen Wissenschaftler zusammen, die auf unterschiedliche Weise an verschiedenen Aspekten der Embryogenese arbeiten.

Es bleiben Fragen. Hopwoods historische Forschung konzentrierte sich auf die USA und Großbritannien, mit Hinweisen auf Kontinentaleuropa und Japan. Es wäre gut, die Geschichte anderer Länder zu erforschen, schlägt er vor, insbesondere da Unterschiede in der Reproduktionspolitik und -infrastruktur bedeuten, dass der Zugang zu Material ungleichmäßig ist.

Allgemeiner argumentiert Hopwood: „Die Geschichte kann dazu beitragen, zu zeigen, wie wir hierher gekommen sind, und die Argumente zu erläutern, die verwendet wurden. Sie hilft den Beteiligten zu verstehen, warum es jetzt solche Möglichkeiten für die Erforschung der menschlichen Entwicklung gibt, und dass es angesichts der fragilen Vereinbarungen Arbeit erfordern wird, öffentliche Unterstützung zu gewinnen und zu behalten.“ Eine langfristige Perspektive kann Forschern und Geldgebern also dabei helfen, darüber nachzudenken, was als nächstes passieren könnte.

„Das Interesse an der menschlichen Entwicklung ist gestiegen, gesunken und wieder gestiegen. Erleben wir jetzt einen weiteren Zyklus der Aufmerksamkeit oder könnte das Interesse bestehen bleiben? Wird sich das Gewicht wieder auf Tiermodelle verlagern oder werden wir einen immer stärkeren Fokus auf den Menschen erleben, zumindest in Form von Stammzellenmodellen? Wie könnten gegenwärtige Handlungen die Auswahl der Arten in der Zukunft beeinflussen?“