Stammzellen: Quellen, Typen und Anwendungen

Zellen im Körper haben spezifische Zwecke, aber Stammzellen sind Zellen, die noch keine spezifische Rolle haben und fast jede Zelle werden können, die benötigt wird.

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die sich in spezifische Zellen verwandeln können, wenn der Körper sie braucht.

Wissenschaftler und Ärzte sind an Stammzellen interessiert, da sie helfen zu erklären, wie einige Funktionen des Körpers funktionieren und wie sie manchmal schief gehen.

Stammzellen sind auch vielversprechend für die Behandlung einiger Krankheiten, für die es derzeit keine Heilung gibt.

Quellen von Stammzellen

Stammzellen stammen aus zwei Hauptquellen: adultem Körpergewebe und Embryonen. Wissenschaftler arbeiten auch an Möglichkeiten, Stammzellen aus anderen Zellen zu entwickeln, indem sie genetische „Reprogrammierungstechniken“ anwenden.

Adulte Stammzellen

Der Körper eines Menschen enthält während seines gesamten Lebens Stammzellen. Der Körper kann diese Stammzellen verwenden, wann immer er sie braucht.

Adulte Stammzellen, auch gewebespezifische oder somatische Stammzellen genannt, existieren im gesamten Körper ab der Entwicklung eines Embryos.

Die Zellen sind in einem unspezifischen Zustand, aber sie sind spezialisierter als embryonale Stammzellen. Sie bleiben in diesem Zustand, bis der Körper sie für einen bestimmten Zweck benötigt, z. B. als Haut- oder Muskelzellen.

Das tägliche Leben bedeutet, dass der Körper ständig sein Gewebe erneuert. In einigen Teilen des Körpers, wie z.B. im Darm und im Knochenmark, teilen sich Stammzellen regelmäßig, um neues Körpergewebe für die Erhaltung und Reparatur zu produzieren.

Stammzellen sind in verschiedenen Arten von Gewebe vorhanden. Wissenschaftler haben Stammzellen in Geweben gefunden, darunter:

• dem Gehirn
• Knochenmark
• Blut und Blutgefäße
• Skelettmuskeln
• Haut
• die Leber

Allerdings können Stammzellen schwer zu finden sein. Sie können sich jahrelang nicht teilen und unspezifisch bleiben, bis der Körper sie aufruft, um neues Gewebe zu reparieren oder wachsen zu lassen.

Adulte Stammzellen können sich unbegrenzt teilen oder selbst erneuern. Das bedeutet, dass sie verschiedene Zelltypen aus dem Ursprungsorgan generieren oder sogar das ursprüngliche Organ komplett regenerieren können.

Diese Teilung und Regeneration ist die Art und Weise, wie eine Hautwunde heilt oder wie sich ein Organ, wie z.B. die Leber, nach einer Beschädigung selbst reparieren kann.

In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler, dass sich adulte Stammzellen nur in ihrem Ursprungsgewebe differenzieren können. Inzwischen gibt es jedoch Hinweise darauf, dass sie sich auch zu anderen Zelltypen differenzieren können.

Embryonale Stammzellen

Bereits im frühesten Stadium der Schwangerschaft, nachdem das Spermium die Eizelle befruchtet hat, bildet sich ein Embryo.

Etwa 3-5 Tage nach der Befruchtung der Eizelle durch ein Spermium nimmt der Embryo die Form einer Blastozyste oder eines Zellballes an.

Die Blastozyste enthält Stammzellen und wird sich später in der Gebärmutter einnisten. Embryonale Stammzellen stammen aus einer Blastozyste, die 4-5 Tage alt ist.

Wenn Wissenschaftler Stammzellen aus Embryonen entnehmen, handelt es sich in der Regel um überzählige Embryonen, die aus einer In-vitro-Fertilisation (IVF) stammen.

In IVF-Kliniken befruchten die Ärzte mehrere Eizellen in einem Reagenzglas, um sicherzustellen, dass mindestens eine überlebt. Anschließend implantieren sie eine begrenzte Anzahl von Eizellen, um eine Schwangerschaft zu beginnen.

Wenn ein Spermium eine Eizelle befruchtet, verbinden sich diese Zellen zu einer einzigen Zelle, der Zygote.

Diese einzellige Zygote beginnt sich dann zu teilen und bildet 2, 4, 8, 16 Zellen und so weiter. Jetzt ist es ein Embryo.

Bald, und bevor sich der Embryo in der Gebärmutter einnistet, ist diese Masse von etwa 150-200 Zellen die Blastozyste. Die Blastozyste besteht aus zwei Teilen:

• einer äußeren Zellmasse, die Teil der Plazenta wird
• einer inneren Zellmasse, die sich zum menschlichen Körper entwickeln wird

Die innere Zellmasse ist der Ort, an dem sich die embryonalen Stammzellen befinden. Wissenschaftler nennen diese totipotente Zellen. Der Begriff totipotent bezieht sich auf die Tatsache, dass sie das totale Potenzial haben, sich zu jeder Zelle im Körper zu entwickeln.

Mit der richtigen Stimulation können die Zellen zu Blutzellen, Hautzellen und allen anderen Zelltypen werden, die ein Körper braucht.

In der frühen Schwangerschaft dauert das Blastozystenstadium etwa 5 Tage, bevor sich der Embryo in der Gebärmutter einnistet. In diesem Stadium beginnen die Stammzellen zu differenzieren.

Embryonale Stammzellen können sich in mehr Zelltypen differenzieren als adulte Stammzellen.

Mesenchymale Stammzellen (MSCs)

MSCs stammen aus dem Bindegewebe oder Stroma, das die Organe und andere Gewebe des Körpers umgibt.

Wissenschaftler haben MSCs verwendet, um neue Körpergewebe wie Knochen, Knorpel und Fettzellen zu bilden. Sie könnten eines Tages eine Rolle bei der Lösung einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen spielen.

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)

Diese werden von Wissenschaftlern im Labor aus Hautzellen und anderen gewebespezifischen Zellen hergestellt. Diese Zellen verhalten sich ähnlich wie embryonale Stammzellen, so dass sie für die Entwicklung einer Reihe von Therapien nützlich sein könnten.

Es ist jedoch noch mehr Forschung und Entwicklung notwendig.

Um Stammzellen zu züchten, entnehmen Wissenschaftler zunächst Proben aus dem Gewebe eines Erwachsenen oder eines Embryos. Dann bringen sie diese Zellen in eine kontrollierte Kultur, wo sie sich teilen und vermehren, aber nicht weiter spezialisieren.

Stammzellen, die sich in einer kontrollierten Kultur teilen und vermehren, nennt man eine Stammzelllinie.

Forscher verwalten und teilen Stammzelllinien für verschiedene Zwecke. Sie können die Stammzellen dazu anregen, sich auf eine bestimmte Weise zu spezialisieren. Dieser Prozess wird als gerichtete Differenzierung bezeichnet.

Bisher war es einfacher, große Mengen an embryonalen Stammzellen zu züchten als adulte Stammzellen. Die Wissenschaftler machen jedoch mit beiden Zelltypen Fortschritte.

Arten von Stammzellen

Forscher kategorisieren Stammzellen je nach ihrem Potenzial, sich in andere Zelltypen zu differenzieren.

Embryonale Stammzellen sind die potentesten, da sie die Aufgabe haben, sich in jede Art von Zelle im Körper zu verwandeln.

Die vollständige Klassifizierung umfasst:

Totipotent: Diese Stammzellen können sich in alle möglichen Zelltypen differenzieren. Die ersten paar Zellen, die entstehen, wenn sich die Zygote zu teilen beginnt, sind totipotent.

Pluripotent: Diese Zellen können sich in fast jede Zelle verwandeln. Zellen aus dem frühen Embryo sind pluripotent.

Multipotent: Diese Zellen können sich in eine eng verwandte Familie von Zellen differenzieren. Adulte hämatopoetische Stammzellen können sich zum Beispiel in rote und weiße Blutkörperchen oder Blutplättchen verwandeln.

Oligopotent: Diese können sich in einige verschiedene Zelltypen differenzieren. Adulte lymphoide oder myeloische Stammzellen können dies tun.

Unipotent: Diese können nur Zellen einer Art produzieren, nämlich ihres eigenen Typs. Sie sind aber immer noch Stammzellen, weil sie sich selbst erneuern können. Beispiele sind adulte Muskelstammzellen.

Embryonale Stammzellen werden als pluripotent und nicht als totipotent angesehen, weil sie nicht Teil der extraembryonalen Membranen oder der Plazenta werden können.

Verwendungszwecke

Stammzellen selbst dienen nicht einem einzigen Zweck, sind aber aus mehreren Gründen wichtig.

Erstens können viele Stammzellen mit der richtigen Stimulation die Rolle jeder Art von Zelle übernehmen und sie können unter den richtigen Bedingungen beschädigtes Gewebe regenerieren.

Dieses Potenzial könnte Leben retten oder Wunden und Gewebeschäden bei Menschen nach einer Krankheit oder Verletzung reparieren. Wissenschaftler sehen viele mögliche Anwendungen für Stammzellen.

Geweberegeneration

Die Geweberegeneration ist wahrscheinlich die wichtigste Anwendung von Stammzellen.

Bisher musste ein Mensch, der z.B. eine neue Niere brauchte, auf einen Spender warten und sich dann einer Transplantation unterziehen.

Es gibt einen Mangel an Spenderorganen, aber indem man Stammzellen anweist, sich auf eine bestimmte Weise zu differenzieren, könnten Wissenschaftler sie verwenden, um einen bestimmten Gewebetyp oder ein bestimmtes Organ zu züchten.

Zum Beispiel haben Ärzte bereits Stammzellen aus der Hautoberfläche verwendet, um neues Hautgewebe zu bilden. Sie können dann eine schwere Verbrennung oder eine andere Verletzung reparieren, indem sie dieses Gewebe auf die beschädigte Haut transplantieren, und neue Haut wächst nach.

Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen

Im Jahr 2013 berichtete ein Forscherteam des Massachusetts General Hospital in der PNAS Early Edition, dass sie mit menschlichen Stammzellen Blutgefäße in Labormäusen geschaffen haben.

Innerhalb von 2 Wochen nach der Implantation der Stammzellen hatten sich Netzwerke von blutdurchströmten Gefäßen gebildet. Die Qualität dieser neuen Blutgefäße war genauso gut wie die der nahegelegenen natürlichen Gefäße.

Die Autoren hoffen, dass diese Art von Technik irgendwann helfen könnte, Menschen mit Herz-Kreislauf- und Gefäßkrankheiten zu behandeln.

Behandlung von Hirnerkrankungen

Ärzte könnten eines Tages in der Lage sein, Ersatzzellen und -gewebe zur Behandlung von Hirnerkrankungen wie Parkinson und Alzheimer einzusetzen.

Bei Parkinson zum Beispiel führt die Schädigung von Gehirnzellen zu unkontrollierten Muskelbewegungen. Wissenschaftler könnten Stammzellen verwenden, um das geschädigte Hirngewebe wieder aufzufüllen. Das könnte die spezialisierten Gehirnzellen zurückbringen, die die unkontrollierten Muskelbewegungen stoppen.

Forscher haben bereits versucht, embryonale Stammzellen in diese Zelltypen zu differenzieren, die Behandlung ist also vielversprechend.

Zellmangel-Therapie

Wissenschaftler hoffen, eines Tages in der Lage zu sein, gesunde Herzzellen im Labor zu entwickeln, die sie in Menschen mit Herzerkrankungen transplantieren können.

Diese neuen Zellen könnten Herzschäden reparieren, indem sie das Herz mit gesundem Gewebe neu besiedeln.

In ähnlicher Weise könnten Menschen mit Typ-I-Diabetes Zellen der Bauchspeicheldrüse erhalten, um die insulinproduzierenden Zellen zu ersetzen, die ihr eigenes Immunsystem verloren oder zerstört hat.

Die einzige derzeitige Therapie ist eine Bauchspeicheldrüsen-Transplantation, und es sind nur sehr wenige Bauchspeicheldrüsen für eine Transplantation verfügbar.

Behandlungen von Blutkrankheiten

Ärzte verwenden jetzt routinemäßig adulte hämatopoetische Stammzellen, um Krankheiten wie Leukämie, Sichelzellenanämie und andere Immunschwächeprobleme zu behandeln.

Hämatopoetische Stammzellen kommen im Blut und Knochenmark vor und können alle Blutzelltypen produzieren, einschließlich roter Blutkörperchen, die Sauerstoff transportieren, und weißer Blutkörperchen, die Krankheiten bekämpfen.

Spende oder Entnahme von Stammzellen

Menschen können Stammzellen spenden, um einem geliebten Menschen zu helfen, oder möglicherweise für den eigenen Gebrauch in der Zukunft.

Spenden können aus den folgenden Quellen stammen:

Knochenmark: Diese Zellen werden unter Vollnarkose entnommen, meist aus dem Hüft- oder Beckenknochen. Techniker isolieren dann die Stammzellen aus dem Knochenmark zur Lagerung oder Spende.

Periphere Stammzellen: Eine Person erhält mehrere Injektionen, die ihr Knochenmark veranlassen, Stammzellen ins Blut abzugeben. Anschließend wird dem Körper Blut entnommen, eine Maschine trennt die Stammzellen heraus und die Ärzte führen das Blut wieder dem Körper zu.

Nabelschnurblut: Stammzellen können nach der Geburt aus der Nabelschnur entnommen werden, ohne dass das Baby Schaden nimmt. Manche Menschen spenden das Nabelschnurblut, andere lagern es ein.

Diese Gewinnung von Stammzellen kann teuer sein, aber die Vorteile für zukünftige Bedürfnisse sind

• die Stammzellen sind leicht zugänglich
• die Wahrscheinlichkeit, dass das transplantierte Gewebe abgestoßen wird, ist geringer, wenn es aus dem eigenen Körper des Empfängers stammt

Forschung und wissenschaftliche Entdeckung

Stammzellen sind nicht nur als potenzielle Therapien nützlich, sondern auch für Forschungszwecke.

Zum Beispiel haben Wissenschaftler herausgefunden, dass das An- oder Ausschalten eines bestimmten Gens zu einer Differenzierung führen kann. Dieses Wissen hilft ihnen, zu untersuchen, welche Gene und Mutationen welche Effekte verursachen.

Mit diesem Wissen bewaffnet, können sie vielleicht herausfinden, was die Ursache für eine Vielzahl von Krankheiten und Zuständen ist, von denen es für einige noch keine Heilung gibt.

Abnormale Zellteilung und -differenzierung sind verantwortlich für Krankheiten wie Krebs und angeborene Behinderungen, die von Geburt an bestehen. Zu wissen, was die Zellen dazu veranlasst, sich in falscher Weise zu teilen, könnte zu einer Heilung führen.

Stammzellen können auch bei der Entwicklung von neuen Medikamenten helfen. Anstatt Medikamente an menschlichen Freiwilligen zu testen, können Wissenschaftler beurteilen, wie sich ein Medikament auf normales, gesundes Gewebe auswirkt, indem sie es an aus Stammzellen gezüchtetem Gewebe testen.

Video: Was sind Stammzellen?

Sehen Sie sich das Video an, um mehr über Stammzellen zu erfahren.

Kontroverse Diskussion

Es hat einige Kontroversen über die Stammzellenforschung gegeben. Diese bezieht sich hauptsächlich auf die Arbeit an embryonalen Stammzellen.

Verwendung von Embryonen für Stammzellen

Das Argument gegen die Verwendung von embryonalen Stammzellen ist, dass dabei eine menschliche Blastozyste zerstört wird und sich die befruchtete Eizelle nicht zu einem Menschen entwickeln kann.

Heutzutage suchen Forscher nach Möglichkeiten, Stammzellen zu erzeugen oder zu verwenden, die keine Embryonen beinhalten.

Vermischung von Mensch und Tier

Bei der Stammzellenforschung werden oft menschliche Zellen in Tiere, wie Mäuse oder Ratten, eingesetzt. Einige Leute argumentieren, dass dadurch ein Organismus entstehen könnte, der zum Teil menschlich ist.

In einigen Ländern ist es illegal, embryonale Stammzelllinien herzustellen. In den Vereinigten Staaten können Wissenschaftler embryonale Stammzelllinien herstellen oder mit ihnen arbeiten, aber es ist illegal, Bundesmittel für die Forschung an Stammzelllinien zu verwenden, die nach August 2001 hergestellt wurden.

Stammzelltherapie und FDA-Regulierung

Einige Leute bieten bereits „Stammzelltherapien“ für eine Reihe von Zwecken an, wie z.B. Anti-Aging-Behandlungen.

Die meisten dieser Anwendungen sind jedoch nicht von der U.S. Food and Drug Administration (FDA) zugelassen. Einige von ihnen können illegal sein, und einige können gefährlich sein.

Jeder, der eine Stammzellenbehandlung in Erwägung zieht, sollte sich beim Anbieter oder bei der FDA vergewissern, dass das Produkt zugelassen ist und dass es auf eine Weise hergestellt wurde, die den FDA-Standards für Sicherheit und Wirksamkeit entspricht.