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B978-3-437-42676-6.50039-5

10.1016/B978-3-437-42676-6.50039-5

978-3-437-42676-6

Merkmale und Entwicklungsschritte von Stammzellen. [10]

Ablauf des therapeutischen und reproduktiven Klonens. [1]

Entwicklung verschiedener differenzierter Zellen aus embryonalen Stammzellen der Maus in Zellkulturen. [10]

Stammzellforschung und -gewinnung

Als Stammzellen bezeichnet man Körperzellen, die noch weitgehend undifferenziert sind, sich aber unter dem Einfluss bestimmter Wachstumsfaktoren zu den Zellen spezialisierter Gewebe entwickeln können ( Abb. 1). Man unterscheidet folgende Stammzelltypen:

  • Omnipotente bzw. totipotente Stammzellen, aus denen sich jeder Gewebetyp oder auch ein vollständiger Organismus entwickeln kann (z.B. die befruchtete Eizelle und die embryonalen Zellen bis etwa zum Achtzellstadium)

  • Pluripotente Stammzellen, aus denen sich nahezu alle Gewebetypen entwickeln können, wobei ein erster Differenzierungsschritt (beispielsweise die Zugehörigkeit zu einem der drei Keimblätter) schon vollzogen wurde (z.B. embryonale Stammzellen)

  • Multipotente Stammzellen, die sich zu den verschiedenen Zelltypen innerhalb eines Gewebes differenzieren können (z.B. hämatopoetische Stammzellen)

  • Oligopotente Stammzellen, deren Differenzierungsmöglichkeiten auf wenige hochspezialisierte Zelltypen beschränkt sind (z.B. Zellen des lymphatischen Systems).

Embryonale und adulte Stammzellen

Embryonale Stammzellen können aus den bei der künstlichen Befruchtung überzähligen und nicht in die Gebärmutter eingebrachten Embryonen gewonnen werden. Nach einer Phase der Teilung und Vermehrung in einem Nährmedium löst die Zugabe bestimmter Wachstumsfaktoren die gewebetypische Differenzierung aus.
Eine andere Möglichkeit zur Gewinnung embryonaler Stammzellen ist die Entnahme der Urgeschlechtszellen aus einem abgetriebenen Fetus zwischen der fünften und neunten Woche. Diese sind ebenfalls omnipotent.
Schließlich gibt es die Methode des Klonens, wobei aus einer Eizelle der Kern entfernt und durch die Erbinformation einer erwachsenen Körperzelle ersetzt wird. Auf diese Weise entsteht eine Zygote und aus ihr ein Embryo, der sich, ausgetragen durch eine Leihmutter, zu einem genetisch identischen Abbild (Klon) des Individuums entwickelt, dem die Körperzelle entnommen wurde. 1996 war das Schaf Dolly das erste geklonte Säugetier. Das reproduktive Klonen ist v.a. für die Landwirtschaft von Interesse. Dabei können ausgewählte Pflanzen und Tiere theoretisch vervielfacht werden, ohne dass es zu (unerwünschten) genetischen Variationen kommt ( Abb. 2). Beim therapeutischen Klonen> geht es um die Gewinnung genetisch identischer Zellen zur Anlage von Zellkulturen und Züchtung differenzierter Gewebe, die ohne die Gefahr einer Abstoßungsreaktion in den Spender der Körperzelle transplantiert werden können ( Abb. 2).
In Deutschland verbietet das Embryonenschutzgesetz sowohl die Verwendung überzähliger Embryonen für die Stammzellforschung oder -medizin als auch das Klonen menschlicher Individuen. Die Forschung an aus dem Ausland importierten Stammzellen ist allerdings erlaubt.
Adulte Stammzellen wurden mittlerweile in mehr als 20 Organen, darunter auch der Nabelschnur, entdeckt, wo sie für die Reparatur und das Nachwachsen der entsprechenden Gewebe zuständig sind. Sie sind multipotent, können sich also nicht mehr in jedes Gewebe differenzieren. In vitro ist es allerdings durch den gezielten Einsatz bestimmter Wachstumsfaktoren gelungen, z.B. hämatopoetische Stammzellen zu Bindegewebszellen zu differenzieren.
Des Weiteren gibt es die Möglichkeit, bereits spezialisierte Körperzellen durch das Einbringen bestimmter Gene mithilfe von viralen Vektoren rückzuprogrammieren. Man spricht dann von induzierten pluripotenten Stammzellen (ipSC). Nachteil dieser Methode ist die Persistenz der viralen Informationen im Genom, die ein erhöhtes Krebsrisiko bedingt. Eine therapeutische Anwendung ist aus diesem Grund bisher nicht möglich.

Wissenschaftliche und therapeutische Bedeutung der Stammzellen

Wichtiger Gegenstand der Stammzellforschung ist die therapeutische Anwendung der pluripotenten Zellen. Denkbar ist ihr Einsatz zur Reparatur von defektem bzw. degeneriertem Gewebe und die Behandlung chronischer Erkrankungen wie Diabetes mellitus, Morbus Parkinson, Morbus Alzheimer oder der Leukämie. Der Hauptanteil der Forschungsergebnisse geht auf Untersuchungen an tierischen Stammzellen, z.B. von Mäusen zurück ( Abb. 3).
Für einige Fragestellungen ist aber auch der Einsatz menschlicher Stammzellen erforderlich. Ethische Bedenken gibt es dabei hinsichtlich der Verwendung potenziell entwicklungs- und lebensfähiger menschlicher Embryonen. Sie ist in Deutschland verboten (Stand: Dezember 2009). Entsprechend intensiv wird deshalb die Forschung an adulten Zellen betrieben.

Stammzellgewinnung aus Nabelschnurblut

Als ethisch unbedenklich wird die Entnahme adulter (!) hämatopoetischer Stammzellen aus dem Nabelschnurblut bewertet. Sie stellen derzeit eine Alternative zur Knochenmarktransplantation bei Leukämien dar. Die Vorteile bestehen in der vergleichsweise leichten Gewinnung und schnellen Verfügbarkeit der Zellen aus der unmittelbar nach der Geburt abgeklemmten Nabelschnur, der vielfach selteneren Kontamination mit Viren oder Tumorzellen und der großen Anpassungsfähigkeit und raschen Vermehrung und Differenzierung der Zellen. Nachteilig ist die geringe Menge des jeweils nur unmittelbar bei der Geburt des Kinds verfügbaren Bluts: Bis zu 120 ml können aus einer Nabelschnur gewonnen werden.
Bezüglich der weiteren Verwendung können die Eltern entscheiden, ob sie das Nabelschnurblut ihres Kinds an ein Stammzellregister spenden, wo es Hämatologen und Onkologen für die Behandlung ihrer Patienten zur Verfügung steht. Die Stammzellspende ist derzeit aber nur an einigen ausgewählten Kliniken möglich. Alternativ kann das Nabelschnurblut auch für die Therapie eines erkranken nahen Verwandten, z.B. Geschwisterkindes, verwendet werden. Eine dritte Möglichkeit ist die Aufbewahrung des Blutes als Vorsoge für das Kind selbst, für den Fall einer hämatologischen oder onkologischen Erkrankung. Mittlerweile bieten mehrere kommerzielle Unternehmen überall in Deutschland die Kryokonservierung von eigenen, aus der Nabelschnur gewonnenen Stammzellen an. Die Kosten dafür tragen die Eltern, der Nutzen wird kontrovers diskutiert. Die Wahrscheinlichkeit, dass das lange und teuer eingelagerte Blut wirklich für das Kind verwendet wird, liegt zwischen 1:500 und 1:5000.
Letztlich kann das Nabelschnurblut auch für Forschungszwecke gespendet werden.

Zusammenfassung

  • Stammzellen können sich durch Teilung selbst reproduzieren oder zu bestimmten Gewebezellen ausdifferenzieren.

  • Man unterscheidet nach ihrem Differenzierungspotenzial omni-, pluri-, multi- und oligopotente Stammzellen und nach ihrer Herkunft embryonale und adulte.

  • Embryonale Stammzellen können aus nicht für die Reproduktion genutzten Embryonen, aus abgetriebenen Feten oder durch Klonen gewonnen werden.

  • Adulte Stammzellen kommen in vielen Organen und im Nabelschnurblut vor.

  • Die Möglichkeiten und Beschränkungen der Stammzellforschung in Deutschland werden durch das Stammzellgesetz und das Embryonenschutzgesetz bestimmt.

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