Was sind Stammzellen und was machen sie?
Zellen im Körper haben bestimmte Zwecke, aber Stammzellen sind Zellen, die noch keine bestimmte Rolle spielen und zu fast jeder Zelle werden können, die benötigt wird.
Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die sich je nach Bedarf des Körpers in bestimmte Zellen verwandeln können.
Wissenschaftler und Ärzte interessieren sich für Stammzellen, da sie erklären, wie einige Funktionen des Körpers funktionieren und wie sie manchmal schief gehen.
Stammzellen sind auch vielversprechend für die Behandlung einiger Krankheiten, die derzeit nicht heilbar sind.
Quellen von Stammzellen
Stammzellen stammen aus zwei Hauptquellen: adulten Körpergeweben und Embryonen. Wissenschaftler arbeiten auch an Möglichkeiten, Stammzellen aus anderen Zellen mithilfe genetischer „Reprogrammierungstechniken“ zu entwickeln.
Adulte Stammzellen
Stammzellen können sich in jeden Zelltyp verwandeln, bevor sie differenziert werden.
Der Körper eines Menschen enthält während seines gesamten Lebens Stammzellen. Der Körper kann diese Stammzellen verwenden, wann immer er sie benötigt.
Adulte Stammzellen, auch gewebespezifische oder somatische Stammzellen genannt, existieren ab dem Zeitpunkt der Embryonalentwicklung im gesamten Körper.
Die Zellen befinden sich in einem unspezifischen Zustand, sind jedoch spezialisierter als embryonale Stammzellen. Sie bleiben in diesem Zustand, bis der Körper sie für einen bestimmten Zweck benötigt, beispielsweise als Haut- oder Muskelzellen.
Das tägliche Leben bedeutet, dass der Körper sein Gewebe ständig erneuert. In einigen Körperteilen wie Darm und Knochenmark teilen sich Stammzellen regelmäßig, um neues Körpergewebe zur Wartung und Reparatur zu produzieren.
Stammzellen sind in verschiedenen Gewebetypen vorhanden. Wissenschaftler haben Stammzellen in Geweben gefunden, darunter:
- das Gehirn
- Knochenmark
- Blut und Blutgefäße
- Skelettmuskeln
- Haut
- die Leber
Stammzellen können jedoch schwierig zu finden sein. Sie können jahrelang nicht teilend und unspezifisch bleiben, bis der Körper sie auffordert, neues Gewebe zu reparieren oder zu züchten.
Erwachsene Stammzellen können sich auf unbestimmte Zeit teilen oder selbst erneuern. Dies bedeutet, dass sie aus dem Ursprungsorgan verschiedene Zelltypen erzeugen oder sogar das ursprüngliche Organ vollständig regenerieren können.
Diese Teilung und Regeneration ist die Art und Weise, wie eine Hautwunde heilt oder wie sich ein Organ wie beispielsweise die Leber nach einer Schädigung selbst reparieren kann.
In der Vergangenheit glaubten Wissenschaftler, dass adulte Stammzellen nur anhand ihres Ursprungsgewebes differenzieren können. Einige Hinweise deuten jedoch darauf hin, dass sie sich auch zu anderen Zelltypen differenzieren können.
Embryonische Stammzellen
Ab dem frühesten Stadium der Schwangerschaft, nachdem das Sperma die Eizelle befruchtet hat, bildet sich ein Embryo.
Etwa 3 bis 5 Tage nachdem ein Sperma eine Eizelle befruchtet hat, hat der Embryo die Form einer Blastozyste oder eines Zellballs.
Die Blastozyste enthält Stammzellen und wird später in die Gebärmutter implantiert. Embryonale Stammzellen stammen aus einer 4–5 Tage alten Blastozyste.
Wenn Wissenschaftler Stammzellen aus Embryonen entnehmen, handelt es sich normalerweise um zusätzliche Embryonen, die aus der In-vitro-Fertilisation (IVF) resultieren.
In IVF-Kliniken befruchten die Ärzte mehrere Eier in einem Reagenzglas, um sicherzustellen, dass mindestens eines überlebt. Sie implantieren dann eine begrenzte Anzahl von Eiern, um eine Schwangerschaft zu beginnen.
Wenn ein Sperma eine Eizelle befruchtet, bilden diese Zellen zusammen eine einzige Zelle, die Zygote genannt wird.
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 der Embryo in die Gebärmutter implantiert wird, ist diese Masse von etwa 150–200 Zellen die Blastozyste. Die Blastozyste besteht aus zwei Teilen:
- eine äußere Zellmasse, die Teil der Plazenta wird
- eine innere Zellmasse, die sich zum menschlichen Körper entwickelt
In der inneren Zellmasse befinden sich embryonale Stammzellen. Wissenschaftler nennen diese totipotenten Zellen. Der Begriff totipotent bezieht sich auf die Tatsache, dass sie das totale Potenzial haben, sich zu einer beliebigen Zelle im Körper zu entwickeln.
Mit der richtigen Stimulation können die Zellen zu Blutzellen, Hautzellen und allen anderen Zelltypen werden, die ein Körper benötigt.
In der frühen Schwangerschaft dauert das Blastozystenstadium etwa 5 Tage, bevor der Embryo in die Gebärmutter oder den Mutterleib implantiert wird. In diesem Stadium beginnen sich Stammzellen zu differenzieren.
Embryonale Stammzellen können in mehr Zelltypen differenzieren als adulte Stammzellen.
Mesenchymale Stammzellen (MSCs)
MSCs kommen aus dem Bindegewebe oder Stroma, das die Organe des Körpers und andere Gewebe umgibt.
Wissenschaftler haben MSCs verwendet, um neue Körpergewebe wie Knochen, Knorpel und Fettzellen zu erzeugen. Sie könnten eines Tages eine Rolle bei der Lösung einer Vielzahl von Gesundheitsproblemen spielen.
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS)
Wissenschaftler erstellen diese in einem Labor unter Verwendung von Hautzellen und anderen gewebespezifischen Zellen. Diese Zellen verhalten sich ähnlich wie embryonale Stammzellen, sodass sie für die Entwicklung einer Reihe von Therapien nützlich sein könnten.
Es sind jedoch weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten erforderlich.
Um Stammzellen zu züchten, extrahieren Wissenschaftler zunächst Proben aus adulten Geweben oder einem Embryo. Sie platzieren diese Zellen dann in einer kontrollierten Kultur, in der sie sich teilen und vermehren, sich aber nicht weiter spezialisieren.
Stammzellen, die sich in einer kontrollierten Kultur teilen und vermehren, werden als Stammzelllinie bezeichnet.
Forscher verwalten und teilen Stammzelllinien für verschiedene Zwecke. Sie können die Stammzellen dazu anregen, sich auf eine bestimmte Weise zu spezialisieren. Dieser Vorgang wird als gerichtete Differenzierung bezeichnet.
Bisher war es einfacher, eine große Anzahl embryonaler Stammzellen zu züchten als adulte Stammzellen. Wissenschaftler machen jedoch Fortschritte bei beiden Zelltypen.
Arten von Stammzellen
Die Forscher kategorisieren Stammzellen nach ihrem Potenzial, sich in andere Zelltypen zu differenzieren.
Embryonale Stammzellen sind am wirksamsten, da ihre Aufgabe darin besteht, jede Art von Zelle im Körper zu werden.
Die vollständige Klassifizierung umfasst:
Totipotent: Diese Stammzellen können in alle möglichen Zelltypen differenzieren. Die ersten Zellen, die erscheinen, 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 Zellfamilie differenzieren. Beispielsweise können adulte hämatopoetische Stammzellen rote und weiße Blutkörperchen oder Blutplättchen werden.
Oligopotent: Diese können in einige verschiedene Zelltypen differenzieren. Erwachsene lymphoide oder myeloische Stammzellen können dies tun.
Unipotent: Diese können nur Zellen einer Art produzieren, die ihren eigenen Typ haben. Sie sind jedoch immer noch Stammzellen, weil sie sich selbst erneuern können. Beispiele sind adulte Muskelstammzellen.
Embryonale Stammzellen gelten als pluripotent statt totipotent, da sie nicht Teil der extraembryonalen Membranen oder der Plazenta werden können.
Verwendet
Stammzellen selbst dienen keinem einzigen Zweck, sind jedoch aus mehreren Gründen wichtig.
Erstens können mit der richtigen Stimulation viele Stammzellen die Rolle eines beliebigen Zelltyps übernehmen und beschädigtes Gewebe unter den richtigen Bedingungen regenerieren.
Dieses Potenzial könnte Leben retten oder Wunden und Gewebeschäden bei Menschen nach einer Krankheit oder Verletzung reparieren. Wissenschaftler sehen viele Verwendungsmöglichkeiten für Stammzellen.
Geweberegeneration
Die Geweberegeneration ist wahrscheinlich die wichtigste Verwendung von Stammzellen.
Bisher musste beispielsweise eine Person, die eine neue Niere benötigte, auf einen Spender warten und sich dann einer Transplantation unterziehen.
Es gibt einen Mangel an Spenderorganen, aber durch die Anweisung von Stammzellen, auf bestimmte Weise zu differenzieren, könnten Wissenschaftler sie verwenden, um einen bestimmten Gewebetyp oder ein bestimmtes Organ zu züchten.
Zum Beispiel haben Ärzte bereits Stammzellen direkt unter der Hautoberfläche verwendet, um neues Hautgewebe herzustellen. Sie können dann eine schwere Verbrennung oder eine andere Verletzung reparieren, indem sie dieses Gewebe auf die beschädigte Haut pfropfen, und neue Haut wächst nach.
Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen
Im Jahr 2013 berichtete ein Forscherteam des Massachusetts General Hospital in PNAS Early Edition dass sie in Labormäusen unter Verwendung menschlicher Stammzellen Blutgefäße erzeugt hatten.
Innerhalb von 2 Wochen nach der Implantation der Stammzellen hatten sich Netzwerke von blutdurchbluteten Gefäßen gebildet. Die Qualität dieser neuen Blutgefäße war so gut wie die der nahe gelegenen natürlichen.
Die Autoren hofften, dass diese Art von Technik letztendlich dazu beitragen könnte, Menschen mit Herz-Kreislauf- und Gefäßerkrankungen zu behandeln.
Behandlung von Gehirnkrankheiten
Ärzte könnten eines Tages in der Lage sein, Ersatzzellen und -gewebe zur Behandlung von Hirnkrankheiten wie Parkinson und Alzheimer zu verwenden.
Bei Parkinson beispielsweise führt eine Schädigung der Gehirnzellen zu unkontrollierten Muskelbewegungen. Wissenschaftler könnten Stammzellen verwenden, um das beschädigte Gehirngewebe wieder aufzufüllen. Dies könnte die spezialisierten Gehirnzellen zurückbringen, die die unkontrollierten Muskelbewegungen stoppen.
Forscher haben bereits versucht, embryonale Stammzellen in diese Zelltypen zu differenzieren, daher sind Behandlungen vielversprechend.
Zellmangeltherapie
Wissenschaftler hoffen, eines Tages in einem Labor gesunde Herzzellen entwickeln zu können, die sie in Menschen mit Herzerkrankungen transplantieren können.
Diese neuen Zellen könnten Herzschäden reparieren, indem sie das Herz mit gesundem Gewebe neu bevölkern.
In ähnlicher Weise könnten Menschen mit Typ-I-Diabetes Pankreaszellen erhalten, um die insulinproduzierenden Zellen zu ersetzen, die ihr eigenes Immunsystem verloren oder zerstört hat.
Die einzige derzeitige Therapie ist eine Pankreastransplantation, und nur sehr wenige Bauchspeicheldrüsen stehen für eine Transplantation zur Verfügung.
Behandlungen von Blutkrankheiten
Ärzte verwenden heute routinemäßig adulte hämatopoetische Stammzellen zur Behandlung von Krankheiten wie Leukämie, Sichelzellenanämie und anderen Immunschwächeproblemen.
Hämatopoetische Stammzellen kommen in Blut und Knochenmark vor und können alle Blutzelltypen produzieren, einschließlich roter Blutkörperchen, die Sauerstoff transportieren, und weißer Blutkörperchen, die Krankheiten bekämpfen.
Stammzellen spenden oder ernten
Menschen können Stammzellen spenden, um einem geliebten Menschen zu helfen, oder möglicherweise für den eigenen Gebrauch in der Zukunft.
Spenden können aus folgenden Quellen stammen:
Knochenmark: Diese Zellen werden unter Vollnarkose entnommen, normalerweise aus der Hüfte oder dem Beckenknochen. Die Techniker isolieren dann die Stammzellen zur Lagerung oder Spende aus dem Knochenmark.
Periphere Stammzellen: Eine Person erhält mehrere Injektionen, die dazu führen, dass ihr Knochenmark Stammzellen ins Blut abgibt. Als nächstes wird Blut aus dem Körper entfernt, eine Maschine trennt die Stammzellen ab und Ärzte geben das Blut an den Körper zurück.
Nabelschnurblut: Stammzellen können nach der Entbindung aus der Nabelschnur entnommen werden, ohne das Baby zu schädigen. Einige Leute spenden das Nabelschnurblut, andere lagern es.
Diese Ernte von Stammzellen kann teuer sein, aber die Vorteile für zukünftige Bedürfnisse umfassen:
- Die Stammzellen sind leicht zugänglich
- geringere Wahrscheinlichkeit, dass transplantiertes Gewebe abgestoßen wird, wenn es aus dem eigenen Körper des Empfängers stammt
Forschung und wissenschaftliche Entdeckung
Stammzellen eignen sich nicht nur als potenzielle Therapien, sondern auch für Forschungszwecke.
Zum Beispiel haben Wissenschaftler herausgefunden, dass das Ein- und Ausschalten eines bestimmten Gens zu einer Differenzierung führen kann. Wenn sie dies wissen, können sie untersuchen, welche Gene und Mutationen welche Auswirkungen haben.
Mit diesem Wissen können sie möglicherweise herausfinden, was eine Vielzahl von Krankheiten und Zuständen verursacht, von denen einige noch nicht geheilt sind.
Abnormale Zellteilung und Differenzierung sind verantwortlich für Erkrankungen wie Krebs und angeborene Behinderungen, die von Geburt an auftreten. Zu wissen, was dazu führt, dass sich die Zellen falsch teilen, kann zu einer Heilung führen.
Stammzellen können auch bei der Entwicklung neuer Medikamente helfen. Anstatt Medikamente an freiwilligen Probanden zu testen, können Wissenschaftler beurteilen, wie sich ein Medikament auf normales, gesundes Gewebe auswirkt, indem sie es an aus Stammzellen gewachsenem Gewebe testen.
Video: Was sind Stammzellen?
Sehen Sie sich das Video an, um mehr über Stammzellen zu erfahren.
Kontroverse
Es gab einige Kontroversen über die Stammzellforschung. Dies betrifft hauptsächlich Arbeiten an embryonalen Stammzellen.
Verwendung von Embryonen für Stammzellen
Das Argument gegen die Verwendung embryonaler Stammzellen ist, dass sie eine menschliche Blastozyste zerstören und das befruchtete Ei sich nicht zu einer Person entwickeln kann.
Heutzutage suchen Forscher nach Möglichkeiten, Stammzellen ohne Embryonen zu erzeugen oder zu verwenden.
Menschen und Tiere mischen
Bei der Stammzellforschung werden häufig menschliche Zellen in Tiere wie Mäuse oder Ratten eingeführt. Einige Leute argumentieren, dass dies einen Organismus schaffen könnte, der ein Teil des Menschen ist.
In einigen Ländern ist es illegal, embryonale Stammzelllinien zu produzieren. In den Vereinigten Staaten können Wissenschaftler embryonale Stammzelllinien erstellen oder damit arbeiten. Es ist jedoch illegal, Bundesmittel für die Erforschung von Stammzelllinien zu verwenden, die nach August 2001 erstellt wurden.
Stammzelltherapie und FDA-Verordnung
Einige Menschen bieten bereits „Stammzelltherapien“ für eine Reihe von Zwecken an, beispielsweise für Anti-Aging-Behandlungen.
Die meisten dieser Verwendungen sind jedoch nicht von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen. Einige von ihnen können illegal sein, andere können gefährlich sein.
Jeder, der eine Stammzellenbehandlung in Betracht zieht, sollte beim Anbieter oder bei der FDA nachfragen, ob das Produkt zugelassen ist und auf eine Weise hergestellt wurde, die den FDA-Standards für Sicherheit und Wirksamkeit entspricht.
