Shinya Yamanaka ist ein japanischer Arzt und Stammzellforscher, dem 2006 ein Durchbruch gelang, den viele Fachleute für unmöglich gehalten hatten. Er zeigte, dass sich ausgereifte Körperzellen mithilfe weniger Gene in einen Zustand zurückversetzen lassen, in dem sie wieder zu fast jedem Zelltyp des Körpers werden können. Die so gewonnenen Zellen nennt man induzierte pluripotente Stammzellen, kurz iPS-Zellen. 2012 erhielt Yamanaka dafür gemeinsam mit dem britischen Entwicklungsbiologen John B. Gurdon den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdeckung, dass reife Zellen zu pluripotenten Zellen umprogrammiert werden können.
Herkunft und Ausbildung
Shinya Yamanaka wurde am 4. September 1962 in Osaka in Japan geboren und wuchs in Higashiōsaka auf, einer Industriestadt im Großraum Osaka. Sein Vater führte einen kleinen Betrieb, der Teile für Nähmaschinen herstellte. Der Vater riet dem Sohn, Arzt zu werden. Yamanaka studierte Medizin an der Universität Kōbe und schloss das Studium 1987 ab. In seiner Jugend betrieb er Judo und Rugby und zog sich dabei mehrfach Knochenbrüche zu, was sein Interesse an der Orthopädie weckte.
Vom Chirurgen zum Forscher
Nach dem Studium begann Yamanaka eine Ausbildung zum orthopädischen Chirurgen an einem Krankenhaus in Osaka. Er stellte jedoch fest, dass ihm die Arbeit im Operationssaal nicht lag. Nach eigenen Worten war er im Vergleich zu Kollegen langsam und ungeschickt. Zugleich erlebte er Patienten mit schweren Erkrankungen und Verletzungen, denen die Medizin nicht helfen konnte. Das bestärkte ihn in dem Wunsch, durch Forschung neue Behandlungen zu ermöglichen.
Er wechselte in die Grundlagenforschung und erwarb 1993 an der Städtischen Universität Osaka einen Doktortitel in Pharmakologie. Anschließend ging er als Postdoktorand an die Gladstone Institutes in San Francisco. Dort arbeitete er mit genetisch veränderten Mäusen und lernte Techniken kennen, die für seine späteren Arbeiten wichtig wurden. Bei dieser Forschung kam er auch mit embryonalen Stammzellen von Mäusen in Berührung.
Schwierige Jahre in Japan
Mitte der 1990er-Jahre kehrte Yamanaka nach Japan zurück. Die erste Zeit war für ihn schwierig. Er hatte wenig Mittel, kaum Unterstützung und musste sich selbst um die Pflege zahlreicher Versuchsmäuse kümmern. Er dachte zeitweise daran, die Forschung aufzugeben und als Arzt zu arbeiten. 1999 erhielt er jedoch eine Stelle als Leiter einer eigenen Arbeitsgruppe am Nara Institute of Science and Technology. Dort konnte er erstmals ein eigenes, ehrgeiziges Forschungsprogramm verfolgen.
Das Problem der embryonalen Stammzellen
Um Yamanakas Leistung zu verstehen, hilft ein Blick auf die damalige Lage der Stammzellforschung. Embryonale Stammzellen können sich in alle Zelltypen des Körpers verwandeln, etwa in Nerven-, Herz- oder Leberzellen. Man nennt diese Fähigkeit Pluripotenz. Solche Zellen galten als große Hoffnung für die Medizin, um geschädigtes Gewebe zu ersetzen. Ihre Gewinnung aus menschlichen Embryonen war jedoch ethisch und politisch stark umstritten. Außerdem würden Zellen aus fremden Embryonen vom Immunsystem eines Patienten möglicherweise abgestoßen.
John Gurdon hatte bereits 1962 gezeigt, dass der Zellkern einer ausgereiften Darmzelle eines Frosches, in eine entkernte Eizelle übertragen, wieder ein ganzes Tier hervorbringen kann. Die Erbinformation einer spezialisierten Zelle geht also nicht verloren. Später gelang mit dem Schaf Dolly ein ähnlicher Versuch bei einem Säugetier. Doch diese Verfahren benötigten stets eine Eizelle. Yamanaka fragte sich, ob es auch ohne Eizelle ginge, allein durch die Zufuhr bestimmter Faktoren.
Die Entdeckung der iPS-Zellen
2004 wechselte Yamanaka an die Universität Kyōto. Gemeinsam mit seinem Mitarbeiter Kazutoshi Takahashi suchte er nach Genen, die in embryonalen Stammzellen besonders aktiv sind und für ihre besonderen Eigenschaften verantwortlich sein könnten. Sie stellten eine Liste von 24 Kandidaten zusammen und schleusten diese Gene mithilfe von Viren in Bindegewebszellen von Mäusen ein. Tatsächlich entstanden einige Zellen, die sich wie embryonale Stammzellen verhielten.
Dann gingen die Forscher systematisch vor und ließen jeweils ein Gen weg, um herauszufinden, welche wirklich nötig waren. Am Ende blieben vier übrig, die heute nach ihm als Yamanaka-Faktoren bezeichnet werden: Oct3/4, Sox2, Klf4 und c-Myc. 2006 veröffentlichten Yamanaka und Takahashi, dass diese vier Gene ausreichen, um Bindegewebszellen von Mäusen in pluripotente Stammzellen zurückzuverwandeln. Die Fachwelt reagierte zunächst mit Erstaunen und teils mit Skepsis, doch andere Labore konnten das Ergebnis bald bestätigen.
2007 gelang Yamanakas Gruppe derselbe Schritt mit menschlichen Hautzellen. Fast zeitgleich berichtete eine Gruppe in den USA um James Thomson über einen ähnlichen Erfolg mit einer etwas anderen Kombination von Faktoren. Damit war klar: Auch beim Menschen lassen sich gewöhnliche Körperzellen in Stammzellen umwandeln, ohne dass dafür Embryonen benötigt werden.
Der Nobelpreis 2012
Schon sechs Jahre nach seiner ersten Veröffentlichung erhielt Yamanaka den Nobelpreis, ein für diese Auszeichnung ungewöhnlich kurzer Abstand. Er teilte ihn mit John Gurdon, dessen Froschexperimente ein halbes Jahrhundert zuvor die Grundlage gelegt hatten. Das Nobelkomitee würdigte die Entdeckung, dass reife Zellen zu pluripotenten Zellen umprogrammiert werden können, und betonte, dass dies das Verständnis von Zellen und Organismen grundlegend verändert habe. Weitere Informationen zur Preisvergabe finden Sie bei der Nobelstiftung.
Vom Labor in die Klinik
2010 wurde Yamanaka Direktor des neu gegründeten Center for iPS Cell Research and Application an der Universität Kyōto, kurz CiRA. Das Zentrum wurde zu einer der wichtigsten Einrichtungen für die Erforschung und Anwendung von iPS-Zellen. Yamanaka leitete es bis 2022 und blieb danach als Forscher aktiv. Daneben ist er weiterhin den Gladstone Institutes in San Francisco verbunden, wo er eine Arbeitsgruppe hat.
Ein Schwerpunkt seiner Arbeit war es, iPS-Zellen sicherer zu machen. Eines der ursprünglichen Gene, c-Myc, kann Krebs fördern, und auch die zum Einschleusen verwendeten Viren bargen Risiken. Yamanakas Gruppe und andere Labore entwickelten deshalb verbesserte Verfahren. Am CiRA entstand zudem ein Vorrat an iPS-Zellen von ausgewählten Spendern, deren Gewebemerkmale bei möglichst vielen Menschen gut verträglich sind, damit nicht für jeden Patienten eigene Zellen hergestellt werden müssen.
2014 wurde in Japan erstmals einem Menschen Gewebe eingesetzt, das aus iPS-Zellen gewonnen worden war: eine Schicht von Netzhautzellen für eine Patientin mit einer altersbedingten Augenerkrankung. Diese Behandlung leitete die Augenärztin Masayo Takahashi am Forschungsinstitut RIKEN. Inzwischen werden iPS-Zellen in klinischen Studien unter anderem bei der Parkinson-Krankheit, bei Herzerkrankungen und bei Rückenmarksverletzungen erprobt.
Persönliches
Yamanaka ist verheiratet und Vater von zwei Töchtern. Er ist ein begeisterter Langstreckenläufer und hat an zahlreichen Marathonläufen teilgenommen, unter anderem um Spenden für die Forschung am CiRA zu sammeln. In Interviews spricht er offen über Misserfolge und Zweifel in seiner Laufbahn und ermutigt junge Forschende, nicht aufzugeben.
Wirkung und Bedeutung
Die Entdeckung der iPS-Zellen hat die Biologie in mehrfacher Hinsicht verändert. Zunächst widerlegte sie die verbreitete Vorstellung, dass die Spezialisierung einer Zelle eine Einbahnstraße sei. Wie ein Ball, der einen Hang hinabgerollt ist, schien eine reife Zelle festgelegt zu sein. Yamanaka zeigte, dass man den Ball gewissermaßen wieder bergauf tragen kann.
Für die Forschung sind iPS-Zellen heute ein Alltagswerkzeug. Aus Hautzellen oder Blutzellen von Patientinnen und Patienten mit erblichen Krankheiten lassen sich Stammzellen und daraus wiederum Nervenzellen, Herzmuskelzellen oder andere Zelltypen herstellen. So kann man im Labor beobachten, wie eine Krankheit entsteht, und Medikamente an menschlichen Zellen testen. Zugleich lindern iPS-Zellen einen Teil der ethischen Konflikte um embryonale Stammzellen, auch wenn sie eigene Fragen aufwerfen, etwa zum Umgang mit künstlich erzeugten Keimzellen oder Organstrukturen.
Hinzu kommt eine weitere Wirkung, die sich schwer messen lässt. Weil das Verfahren vergleichsweise einfach ist, konnten sehr schnell Labore auf der ganzen Welt damit arbeiten, auch solche mit bescheidener Ausstattung. Das hat die Stammzellforschung geöffnet und beschleunigt und unzählige neue Fragestellungen ermöglicht.
Ob sich die großen Hoffnungen auf Heilung durch Zellersatz erfüllen, wird sich in den kommenden Jahren zeigen. Sicher ist, dass Yamanakas Entdeckung die regenerative Medizin auf eine neue Grundlage gestellt hat und dass sein Name untrennbar mit ihr verbunden ist.
Stand: 29.10.2026