Was sind Stammzellen und warum sind sie wichtig?
Die Idee eines Wundermittels und der Selbstheilung des Körpers ist besonders faszinierend. Die Stammzellforschung bringt die regenerative Medizin einen Schritt näher, aber viele der Ideen und Konzepte bleiben umstritten. Was sind Stammzellen und warum sind sie so wichtig?
Stammzellen sind ein Zelltyp, der sich zu vielen anderen Zelltypen entwickeln kann. Stammzellen können sich auch durch Teilen erneuern, selbst wenn sie lange Zeit inaktiv waren.
Der menschliche Körper benötigt viele verschiedene Zelltypen, um zu funktionieren, aber er produziert nicht jeden Zelltyp, der vollständig ausgebildet und gebrauchsfertig ist. Stattdessen werden Stammzellen produziert, die eine Vielzahl möglicher Funktionen haben. Stammzellen müssen jedoch zu einem bestimmten Zelltyp werden, um nützlich zu sein.
Wenn sich eine Stammzelle teilt, können die neuen Zellen entweder zu einer anderen Stammzelle oder zu einer bestimmten Zelle werden, beispielsweise zu einer Blutzelle, einer Gehirnzelle oder einer Muskelzelle.
Wissenschaftler nennen eine Stammzelle eine undifferenzierte Zelle, weil sie zu jeder Zelle werden kann. Im Gegensatz dazu ist eine Blutzelle beispielsweise eine „differenzierte“ Zelle, da es sich bereits um eine bestimmte Art von Zelle handelt.
Stammzellen in der Therapie
In einigen Geweben spielen Stammzellen eine wesentliche Rolle bei der Regeneration, da sie sich leicht teilen können, um tote Zellen zu ersetzen.
Wissenschaftler glauben, dass das Wissen, wie Stammzellen funktionieren, zu möglichen Behandlungen für Erkrankungen wie Diabetes und Herzerkrankungen führen kann.
Wenn beispielsweise das Herz einer Person beschädigtes Gewebe enthält, können Ärzte möglicherweise gesundes Gewebe zum Wachstum anregen, indem sie im Labor gezüchtete Stammzellen in das Herz der Person transplantieren. Dies könnte dazu führen, dass sich das Herzgewebe erneuert.
Forscher einer kleinen Studie, die in der Journal of Cardiovascular Translational Research hat diese Methode getestet.
Die Ergebnisse zeigten eine 40-prozentige Verringerung der Größe des vernarbten Herzgewebes, das durch Herzinfarkte verursacht wurde, als Ärzte Stammzellen in den geschädigten Bereich transplantierten.
Ärzte haben diese Art von Narben immer für dauerhaft und unbehandelbar gehalten.
An dieser kleinen Studie nahmen jedoch nur 11 Teilnehmer teil. Dies macht es schwierig zu sagen, ob die Verbesserung der Herzfunktion auf die Transplantation von Stammzellen zurückzuführen ist oder ob dies auf etwas anderes zurückzuführen ist.
Zum Beispiel fanden alle Transplantationen statt, während sich die Personen einer Herzbypass-Operation unterzogen, so dass es möglich ist, dass die Verbesserung der Herzfunktion eher auf den Bypass als auf die Stammzellbehandlung zurückzuführen ist.
Um weitere Untersuchungen durchzuführen, planen die Forscher eine weitere Studie. Diese Studie wird eine Kontrollgruppe von Menschen mit Herzinsuffizienz umfassen, die sich einer Bypass-Operation unterziehen, aber keine Stammzellbehandlung erhalten.
Eine weitere Untersuchung, veröffentlicht in Naturkommunikation hat 2016 vorgeschlagen, dass Stammzelltherapien die Grundlage für eine personalisierte Diabetesbehandlung sein könnten.
In Mäusen und im Labor gezüchteten Kulturen produzierten die Forscher erfolgreich insulinsekretierende Zellen aus Stammzellen, die aus der Haut von Menschen mit Typ-1-Diabetes stammen.
Jeffrey R. Millman, Assistenzprofessor für Medizin und biomedizinische Technik an der Washington University School of Medicine und Erstautor, sagt:
"Wenn wir theoretisch die beschädigten Zellen dieser Personen durch neue Betazellen der Bauchspeicheldrüse ersetzen könnten, deren Hauptfunktion darin besteht, Insulin zur Kontrolle des Blutzuckers zu speichern und freizusetzen, würden Patienten mit Typ-1-Diabetes keine Insulin-Spritzen mehr benötigen."
Jeffrey R. Millman
Millman hofft, dass diese aus Stammzellen stammenden Beta-Zellen innerhalb von 3 bis 5 Jahren für die Forschung am Menschen bereit sein könnten.
"Was wir uns vorstellen, ist ein ambulantes Verfahren, bei dem eine Art Gerät, das mit den Zellen gefüllt ist, direkt unter der Haut platziert wird", sagte er.
Stammzellen könnten ein großes Potenzial für die Entwicklung neuer Therapien haben.
Stammzellen in der Arzneimittelentwicklung
Eine Möglichkeit, wie Wissenschaftler derzeit Stammzellen verwenden, besteht darin, neue Medikamente zu entwickeln und zu testen.
Die Art von Stammzellen, die Wissenschaftler üblicherweise für diesen Zweck verwenden, werden als induzierte pluripotente Stammzellen bezeichnet.
Dies sind Zellen, die bereits differenziert wurden, die Wissenschaftler jedoch mithilfe von Viren genetisch „umprogrammiert“ haben, damit sie sich teilen und zu jeder Zelle werden können. Auf diese Weise wirken sie wie undifferenzierte Stammzellen.
Wissenschaftler können aus diesen pluripotenten Stammzellen differenzierte Zellen züchten, die beispielsweise Krebszellen ähneln. Durch die Schaffung dieser Zellen können Wissenschaftler damit Krebsmedikamente testen.
Mit dieser Methode stellen Forscher bereits eine Vielzahl von Krebszellen her. Da sie jedoch noch keine Zellen erzeugen können, die Krebszellen auf kontrollierte Weise nachahmen, ist es nicht immer möglich, die Ergebnisse präzise zu replizieren.
Funktionieren aktuelle Stammzelltherapien?
In den letzten Jahren wurden Kliniken eröffnet, die Stammzellbehandlungen anbieten.
Eine 2016 veröffentlichte Studie veröffentlicht in Zellstammzelle Allein in den USA zählten 570 dieser Kliniken. Sie bieten stammzellbasierte Therapien für Erkrankungen an, die von Sportverletzungen bis hin zu Krebs reichen.
Stammzelltherapien sind jedoch eher theoretisch als evidenzbasiert.
Nur sehr wenige Stammzellbehandlungen haben sogar die früheste Phase einer klinischen Studie erreicht. Wissenschaftler betreiben den größten Teil der aktuellen Forschung an Mäusen oder einer Petrischale.
Trotzdem erlaubt die US-amerikanische Food and Drug Administration (FDA) Kliniken, Menschen ihre eigenen Stammzellen zu injizieren, solange die Zellen nur ihre normale Funktion erfüllen sollen Zellstammzelle.
Woher kommen Stammzellen?
Wissenschaftler können Stammzellen auf verschiedene Arten ernten.
Embryonale Stammzellen stammen von einem Embryo, der nur wenige Tage alt ist.
Wissenschaftler können adulte Stammzellen aus verschiedenen Gewebetypen extrahieren, darunter Gehirn, Knochenmark, Blutgefäße, Skelettmuskel, Haut, Zähne, Darm und Leber.
Fruchtwasser enthält Stammzellen. Viele Frauen entscheiden sich für einen Amniozentese-Test, bei dem vor der Geburt des Kindes nach angeborenen Behinderungen gesucht wird. Wenn der Arzt die Flüssigkeit aufbewahrt, könnte er sie in Zukunft verwenden, um andere Erkrankungen entweder während der Schwangerschaft oder nach der Geburt zu behandeln.
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) sind Zellen, die Wissenschaftler neu programmieren können, um als Stammzellen für die regenerative Medizin zu fungieren.
Nach dem Sammeln der Stammzellen lagern die Wissenschaftler diese normalerweise in flüssigem Stickstoff für die zukünftige Verwendung.
Ethische Fragen
In der Vergangenheit war die Verwendung von Stammzellen in der medizinischen Forschung umstritten.
Dies liegt daran, dass Wissenschaftler, als die Öffentlichkeit Ende der neunziger Jahre erstmals auf die therapeutische Verwendung von Stammzellen aufmerksam wurde, menschliche Stammzellen aus Embryonen ableiteten.
Viele Menschen sind mit der Verwendung menschlicher embryonaler Zellen für die medizinische Forschung nicht einverstanden, da das Extrahieren des Stammes die Zerstörung des Embryos bedeutet.
Dies schafft komplexe Probleme, da die Menschen unterschiedliche Ansichten darüber haben, was den Beginn des menschlichen Lebens ausmacht.
Für manche Menschen beginnt das Leben, wenn ein Baby geboren wird oder wenn sich ein Embryo zu einem Fötus entwickelt. Andere glauben, dass das menschliche Leben mit der Empfängnis beginnt, daher hat ein Embryo den gleichen moralischen Status und die gleichen Rechte wie ein menschlicher Erwachsener oder ein menschliches Kind.
Präsident George W. Bush hatte starke, lebensnahe religiöse Ansichten und verbot 2001 die Finanzierung der Forschung an menschlichen Stammzellen.
Die Regierung von Präsident Obama erlaubte jedoch eine teilweise Rücknahme dieser Forschungsbeschränkungen.
Bis 2006 hatten Wissenschaftler jedoch bereits begonnen, pluripotente Stammzellen zu verwenden. Wissenschaftler leiten diese Stammzellen nicht aus embryonalen Stammzellen ab. Infolgedessen hat diese Technik nicht die gleichen ethischen Bedenken.
Mit diesem und anderen jüngsten Fortschritten in der Stammzellentechnologie beginnen sich die Einstellungen zur Stammzellforschung langsam zu ändern.
Aktuelle Forschung
Die Stammzellforschung hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie sich ein Organismus aus einer einzelnen Zelle entwickelt und wie gesunde Zellen dazu kommen, defekte Zellen bei Menschen und Tieren zu ersetzen.
Krebs verstehen
Viele schwere Erkrankungen, die beim Menschen auftreten, wie Krebs und angeborene Behinderungen, treten auf, weil sich die Zellen abnormal teilen.
Ein besseres Verständnis der Stammzellen kann Aufschluss darüber geben, wie diese Krankheiten entstehen und welche Behandlungsmöglichkeiten bestehen.
Regenerative Medizin
Im Juni 2016 erhielten zwei Forscher den zweiten Preis in der Kategorie Materialien des aufstrebenden Technologiewettbewerbs der Royal Society of Chemistry in Großbritannien für die Schaffung eines synthetischen Biomaterials, das Stammzellen stimuliert, die in den eigenen Zähnen einer Person beheimatet sind.
Die Forscher glauben, dass dieses Material Füllungen ersetzen wird, da die Stammzellen die beschädigten Zähne dazu veranlassen würden, sich selbst zu heilen.
Obwohl viel mehr Forschung notwendig ist, bevor Stammzelltherapien Teil der regulären medizinischen Praxis werden können, entwickelt sich die Wissenschaft rund um Stammzellen ständig weiter.
In fast allen Therapiebereichen hoffen die Ärzte, dass die Stammzellentechnologie die therapeutischen Normen revolutionieren und zumindest einen neuen Standard für die personalisierte Behandlung und möglicherweise sogar für selbstheilende Körper einführen wird.
Wann das passieren könnte, ist niemand bereit zu sagen.
Erfahren Sie hier mehr über Stammzellen, woher sie kommen und ihre Verwendungsmöglichkeiten.
