Stammzellen sind quasi undifferenzierte Zellen derselben Linie, welche auch nach der Geburt die Fähigkeit behalten haben, sich zu teilen und einen Zyklus zu durchlaufen. In diesem Zyklus entstehen Zellen, welche sich spezialisieren und verlorene Zellen ersetzen können. Sie sind noch nicht auf eine bestimmte Funktion festgelegt und können verschiedene spezialisierte Zellen bilden aber auch neue Stammzellen erzeugen.
Was sind Stammzellen?
Stammzellen sind Zellen, die nicht ausdifferenziert sind. Sie liegen noch nicht in einer Form vor, die sie für ihre Verwendung im Organismus spezialisiert (zum Beispiel als Hautzelle oder Leberzelle). Ihre spätere Verwendung ist noch noch unbestimmt. Stammzellen sind darüber hinaus in der Lage, neue organspezifische Tochterzellen zu erzeugen. Möglich macht dies ein bis dato nicht vollständig geklärter Vorgang von asymmetrischer Zellteilung, der es ihnen ermöglicht, einerseits Tochterzellen mit Stammzelleigenschaften zu generieren, andererseits andere Tochterzellen mit größerer Ausdifferenzierung hervorzubringen. Über das Schicksal der Zellen entscheidet primär das biologische Milieu, in dem sie präsent sind.
Auch Pflanzen besitzen Stammzellen. Diese befinden sich an der Spitze des Sprosses im sogenannten Apikalmeristem und an den Wurzelspitzen im Wurzelmeristem. Im Gegensatz zu nahezu allen tierischen und menschlichen Zellen besitzen bei Pflanzen alle Zellen die Fähigkeit einen kompletten Organismus zu regenerieren.
Embryonale Stammzellen
Embryonale Stammzellen (ES) sind in vivo und in vitro in der Lage, sich in Zellen aller drei Keimblätter (Entoderm, Ektoderm und Mesoderm) sowie in Zellen der Keimbahn zu spezifizieren.
Sie werden als Pluripotent bezeichnet. ES werden für experimentelle Zwecke nach Befruchtung der Eizelle im Stadium der Blastozyste aus der inneren Zellmasse (ICM; auch Embryoblast genannt) gewonnen.
ES-Zellen wurden erstmals 1981 isoliert – aus Blastozysten der Maus. Sie neigen in vitro dazu, spontan zu differenzieren. Dies kann durch Faktoren unterbunden werden, welche die Selbsterneuerung der Zellen fördern. Mehrere solcher Stoffe wurden seit Ende der 1980er Jahre identifiziert, maßgeblich durch die Gruppe um Mr. Smith in Edinburgh.
ES können im Prinzip unbegrenzt vermehrt werden, was u.a. mit der hohen Aktivität des Enzyms Telomerase zusammenhängt. Damit unterscheiden sie sich von anderen (sogenannten primären) Körperzellen, die ihre Teilungsaktivität in der Kulturschale meist nach kurzer Zeit einstellen (replikative Seneszenz). ES bilden, so wurde bisher angenommen, im Embryo die Vorläufer für sämtliche Körperzellen, nicht jedoch für die embryonalen Anteile der Plazenta.
2003 konnte im Mausmodell erstmalig bewiesen werden, dass ES-Zellen auch zu Keimzellen (Gameten, in der genannten Studie zu Eizellen) differenzieren können. Eine hervorzuhebende Eigenschaft von ES-Zellen der Maus besteht darin, dass sie in Präimplantationsembryonen wiedereingeführt werden können und nach deren Transfer in scheinschwangere Tiere am Aufbau aller fötalen Gewebe beteiligt werden. Dies kann für die zielgerichtete Ausschaltung bestimmter Gene in Mäusen benutzt werden.
Knock-out-Mäuse, die sich unter Nutzung von ES deutlich schneller produzieren lassen als mit herkömmlichen Techniken, sind von hohem Nutzen für die Erforschung von Genfunktionen und werden auch als menschliche Krankheitsmodelle verwendet.
Weiterhin können ES-Zellen in vitro gezielt zu verschiedensten Zelltypen ausdifferenziert werden, z.B. in Nervenzellen. Dieses Gebiet wurde insbesondere ab 1998 mit der erstmaligen Etablierung von humanen ES-Zellen (hES-Zellen) durch James Thomson belebt.
Humane ES-Zellen
hES-Zellen werden aus sogenannten überzähligen Embryonen gewonnen, die durch In-vitro-Fertilisation entstanden sind und tief gefroren gelagert werden und im Laufe eines Lebens im Falle von Krankheiten von grossem Nutzen sein können.
Das Hauptinteresse der Forschung an hES-Zellen gilt der Differenzierung in spezialisierte Zellen, um diese für mögliche Zellersatztherapien verfügbar zu machen. Es werden möglicherweise eines Tages in der Medizin als Ersatzmaterial dienlich sein können.
Die Krankheit Morbus Parkinson konnte unter Nutzung differenzierter hES-Zellen zumindest in Tierversuchen behandelt werden. Solche und andere vor allem im Tiermodell gewonnenen Erkenntnisse wurden jedoch noch nicht in größeren Säugetieren bestätigt.
Trotzdem hat die US-amerikanische Firma Geron bereits erste klinische Studien unter Nutzung von hES-Zellen bei Rückenmarksverletzungen angekündigt. Die bisherigen Ergebnisse befürfen jedoch noch einer strengen Überprüfung, so dass im Gegensatz zu den adulten Stammzellen (s.u.) eine mögliche klinische Anwendung noch weit entfernt ist.
So können hES beispielsweise nach Transplantation in Versuchstiere Tumoren bilden, so dass vor einem klinischen Einsatz sichergestellt sein muss, dass die Transplantate keine undifferenzierten hES-Zellen mehr enthalten. Von großer Relevanz könnte auch die immunologisch bedingte Abstoßung entsprechender Transplantate durch den Empfänger sein, ein aus der Transplantationsmedizin hinlänglich bekanntes Problem.
Stammzellen FAQ
Warum ist Stammzellenforschung so wichtig?
Eines Tages wird man mit Stammzellen Krankheiten wie Diabetes, Parkinson oder Herzinfarkt heilen und wahrscheinlich wird es möglich sein, Organe teilweise oder ganz zu ersetzen.
Wann wird man mit Stammzellen Krankheiten heilen?
Da in Deutschland das Arbeiten mit embryonalen Stammzellen gesetzlich verboten ist, werden erste Ergebnisse im Ausland zu erwarten sein. Dies könnte zwei, aber auch zehn Jahre dauern.
Stammzellen Update – März 2009
Stammzellen – die Tausendsassas im menschlichen Körper
Stammzellen sind vorläufer Zellen von hoch differenzierten Zellen. Nach einer Teilung können die Tochterzellen wieder zu Stammzellen werden (self renewal) oder sich gewebespezifisch, z.B. zu Herz-, Nerven-, Haut-, oder Muskelzellen, differenzieren. Deshalb halten Forscher sie für geeignet, um aus ihnen in Zukunft Ersatzgewebe für Patienten mit Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson, Diabetes oder nach einem Herzinfarkt zu züchten.
Stammzellen treten zuerst in der frühen Embyonalentwicklung auf. Bereits die befruchtete Eizelle (Zyote) stellt eine totipotente Stammzelle dar, die die frühen Embryonalstadien durchläuft und aus der sich später alle Gewebe des menschlichen Körpers bilden. Je weiter die Spezialisierung der Tochterzellen einer Stammzelle voranschreitet, desto stärker wird das Spektrum ihrer Differenzierungsmöglickeiten in verschiedene Gewebe eingeschränkt. Man unterscheidet zwischen embryonalen Stammzellen, die entweder aus überzähligen Embryonen, abgetriebenen Föten oder durch Klonen einer Eizelle gewonnen werden sowie den adulten Stammzellen, die vom erwachsenen Menschen stammen. Adulte Stammzellen können sich im Vergleich zu embryonalen Stammzellen nur begrenzt vermehren und entwickeln. Nach der Geburt sind alle Organe grundsätzlich vollständig ausgebildet und funktionsfähig. Dennoch finden zeitlebens, zelluläre Umbau- und Reparaturvorgänge statt. Adulte Stammzellen liefern den Nachschub an den dafür notwendigen Ersatzzellen. In über 20 Organen bzw. Geweben wurden inzwischen adulte Stammzellen identifiziert. Sie sind neben den embryonalen Stammzellen die großen Hoffnungsträger auf dem Gebiet der regenerativen Medizin, nicht zuletzt, weil die Gewinnung – im Gegensatz zu den embryonalen Stammzellen – ethisch unbedenklich ist. Adulte Stammzellen lassen sich im Labor nur schwer vermehren und müssen deshalb in großer Zahl aus dem Körper gewonnen werden. Das gelingt vor allem beim Knochenmark und Blut gut. Aus anderen Geweben sind die Zellen wesentlich schwerer herauszulösen – auch, weil ihr Anteil hier sehr gering ist. Selbst im Knochenmark beträgt er nur rund 0.1 Prozent, in anderen Organen ist er zu Teil noch wesentlich geringer. Demnächst geht es hier weiter mit einem update über die Alleskönner aus dem Knochenmark.
Stammzellentherapien in Deutschland (Mai 2008)
Bei bestimmten Arten von Leukämie oder Lymphdrüsenkrebs werden Patienten mit Chemotherapie und Bestrahlung behandelt. Diese Therapien vernichten den Krebs, aber sie zerstören auch das Knochenmark und das Immunsystem. Durch die Übertragung von Blutstammzellen erhalten die Betroffenen ein funktionsfähiges neues Knochenmark und somit ein neues Immunsystem zurück.
Oder bei der Behandlung von schweren Verbrennungen lässt sich aus Hautstammzellen neue Haut züchten. Aus den Zellen eines kleinen Hautstückes kann man in nur drei Wochen im Labor bis zu 20 je 60 Quadratzentimeter große Hauttransplantate wachsen lassen. Mit diesen können dann die Chirurgen Verbrennungswunden abdecken. Da die neue Haut aus körpereigenen Zellen gezüchtet wurde, wird sie auch nicht abgestoßen.
In einem experimentellen Stadium werden in Düsseldorf, Frankfurt und Rostock Blutstammzellen aus dem Knochenmark gewonnen, zu Herzzellen entwickelt und in das abgestorbene Herzmuskelgewebe von Herzinfarktpatienten injiziert. Die behandlenden Ärzte berichteten, dass sich das abgestorbene Gewebe wieder aufgebaut hat und funktionstüchtig geworden sei und sich der Herzmuskel wieder aufgebaut hat.
Stammzellen Forschung Diabetes (Februar 2008)
14 von 15 Patienten mit Diabetes Typ-I konnten an der Universität von Sao Paulo nach einer Infusion mit Blutstammzellen aus dem Knochenmark bis zu drei Jahre auf Insulinspritzen verzichten. Doch Therapien mit Stammzellen bergen auch Risiken. Stammzellen haben die Fähigkeit, sich immer wieder zu teilen und so können bei kranken oder defekten Stammzellen wiederum Krebs und neue Tumore entstehen.
Stammzellen Forschung aktuell (Januar 2008)
Bekommen die Zellforscher in Deutschland nun bald mehr Freiheiten? Die Parlamentarier wollen Mitte März 2008 entscheiden, ob das Stammzellengesetz gelockert wird oder nicht.
Derzeit darf in Deutschland nur mit Stammzellen geforscht werden, die aus dem Ausland importiert und vor dem 1. Januar 2002 gewonnen wurden. Dieses Datum ist bis dato der Stichtag. Weil das Thema Stammzellen eine Gewissensfrage ist, wird der Fraktionszwang aufgehoben.
Die Lager verteilen sich weitgehend unabhängig von Parteigrenzen. Bleibt zu hoffen, dass sich was ändert. Ein Wegfallen der Stichtagsregelung wäre die eine Lösung, die Verschiebung des Stichtages wäre eine andere Lösung, denn der grosse Schritt ist von den deutschen Politikern nicht zu erwarten.
Für die Medizin wäre die Lockerung des Gesetzt schon eine Innovation, denn eine embryonale Stammzelle kann über 200 verschiedene Körperzellen schaffen. Damit ist die Möglichkeit gegeben, Ersatzgewebe für verschiedene Körperteile zu schaffen. Mit diesen embryonalen Stammzellen kann man beispielsweise Herzmuskelzellen machen und diese Herzmuskelzellen reinigen.
Gerade Patienten mit Herzmuskelschwäche könnten dann langfristig Herzmuskel Gewebe ersetzt bekommen und damit ein funktionierendes Gewebe erhalten. Aktuell werden lt. einer Untersuchung nur cirka 400 Herzmuskel Transplantationen in Deutschland im Jahr durchgeführt. Der Bedarf liegt laut Experten alleine in Deutschland bei cirka 8.000 – 15.000 pro Jahr.
Folgende Länder dürfen bereits selbst Stammzellen aus Emryonen gewinnen:
- Frankreich
- Griechenland
- Dänemark
- Niederlande
- Großbritannien
- Schweden
- Finnland
- Belgien
- Tschechien
- Spanien
- Portugal
Immer wieder gibt es Forscher, die Alternativen zur Stammzellforschung präsentieren. Eine Gruppe japanisch, amerikanischer Wissenschaftler will embryonale Stammzellen aus Hauptzellen hergestellt haben, ohne auf Embryonen zurückgegriffen zu haben.