Definition, Therapie, Typen, Verwendungen und Funktion von Stammzellen

Last Updated on 31/08/2021 by MTE Leben

Medizinisch begutachtet am 10.12.2020

Fakten, die Sie über Stammzellen wissen sollten

Bild des Stammzellzyklus

Stammzellen sind primitive Zellen, die das Potenzial haben, sich zu einer Vielzahl spezifischer Zelltypen zu differenzieren oder sich zu entwickeln. Je nach Herkunft und Differenzierungsfähigkeit gibt es verschiedene Arten von Stammzellen. Die Knochenmarktransplantation ist ein Beispiel für eine weit verbreitete Stammzelltherapie. Es wird geforscht, um festzustellen, ob die Stammzelltherapie bei der Behandlung einer Vielzahl von Erkrankungen nützlich sein kann, darunter Diabetes, Herzerkrankungen, Parkinson und Rückenmarksverletzungen.

Was sind Stammzellen?

Stammzellen sind Zellen, die das Potenzial haben, sich zu vielen verschiedenen oder spezialisierten Zelltypen zu entwickeln. Stammzellen kann man sich als primitive, “unspezialisierte” Zellen vorstellen, die sich teilen und zu spezialisierten Körperzellen wie Leberzellen, Muskelzellen, Blutzellen und anderen Zellen mit spezifischen Funktionen werden können. Stammzellen werden als “undifferenzierte” Zellen bezeichnet, weil sie sich noch nicht auf einen Entwicklungspfad festgelegt haben, der ein bestimmtes Gewebe oder Organ bildet. Der Prozess der Umwandlung in einen bestimmten Zelltyp wird als Differenzierung bezeichnet. In einigen Bereichen des Körpers teilen sich Stammzellen regelmäßig, um das vorhandene Gewebe zu erneuern und zu reparieren. Das Knochenmark und der Magen-Darm-Trakt sind Beispiele für Bereiche, in denen Stammzellen die Funktion haben, Gewebe zu erneuern und zu reparieren.

Das beste und am leichtesten verständliche Beispiel für eine Stammzelle beim Menschen ist die befruchtete Eizelle oder Zygote. Eine Zygote ist eine einzelne Zelle, die durch die Vereinigung eines Spermiums und einer Eizelle gebildet wird. Das Sperma und die Eizelle tragen jeweils die Hälfte des genetischen Materials, das zur Bildung eines neuen Individuums benötigt wird. Sobald diese einzelne Zelle oder Zygote mit der Teilung beginnt, wird sie als Embryo bezeichnet. Aus einer Zelle werden zwei, aus zwei werden vier, aus vier werden acht, aus acht werden sechzehn usw., die sich schnell verdoppeln, bis sie schließlich zu einem ganzen hoch entwickelten Organismus heranwächst, der aus vielen verschiedenen Arten spezialisierter Zellen besteht. Dieser Organismus, eine Person, ist eine immens komplizierte Struktur, die aus vielen, vielen, Milliarden von Zellen besteht, deren Funktionen so unterschiedlich sind wie die Ihrer Augen, Ihres Herzens, Ihres Immunsystems, der Farbe Ihrer Haut, Ihres Gehirns usw Die spezialisierten Zellen, aus denen diese Körpersysteme bestehen, sind Nachkommen der ursprünglichen Zygote, einer Stammzelle mit dem Potenzial, sich schließlich zu allen Arten von Körperzellen zu entwickeln. Die Zellen einer Zygote sind totipotent, das heißt, sie haben die Fähigkeit, sich zu jedem Zelltyp des Körpers zu entwickeln.

Der Prozess, durch den Stammzellen sich verpflichten, differenzierte oder spezialisierte Zellen zu werden, ist komplex und beinhaltet die Regulierung der Genexpression. Die Forschung ist im Gange, um die molekularen Ereignisse und Kontrollen, die erforderlich sind, damit Stammzellen zu spezialisierten Zelltypen werden, weiter zu verstehen.

Periphere Blutstammzelltransplantation

Die Transplantation von peripheren Blutstammzellen ist eine Behandlung, bei der zuerst bestimmte Zellen, sogenannte Stammzellen, aus dem peripheren Blut des Spenders gewonnen werden. Diese Zellen werden durch eine Art Filtration geerntet und dann, meist durch Einfrieren, konserviert und schließlich nach intensiver Behandlung dem Empfänger verabreicht. Die Stammzellen werden in der Regel anstelle von Knochenmarkszellen verabreicht. Sie gehen in die Knochenmarkräume des Empfängers und bauen das Knochenmark nach Abschluss der intensiven Behandlung wieder auf. Die Behandlung beinhaltet keine Operation, ist aber dennoch eine Form der Transplantation.

Warum sind Stammzellen wichtig?

Stammzellen stellen aufgrund ihres Potenzials, beschädigtes Gewebe zu regenerieren und zu reparieren, ein spannendes Gebiet in der Medizin dar. Einige aktuelle Therapien, wie die Knochenmarktransplantation, nutzen bereits Stammzellen und ihr Potenzial zur Regeneration von geschädigtem Gewebe. Andere Therapien, die untersucht werden, beinhalten die Transplantation von Stammzellen in einen beschädigten Körperteil und die Anweisung, dass sie wachsen und sich in gesundes Gewebe differenzieren.

embryonale Stammzellen

Während der frühen Stadien der Embryonalentwicklung bleiben die Zellen relativ undifferenziert (unreif) und scheinen die Fähigkeit zu besitzen, sich in fast jedes Gewebe innerhalb des Körpers zu verwandeln oder zu differenzieren. Zum Beispiel können Zellen, die aus einem Abschnitt eines Embryos entnommen wurden und möglicherweise Teil des Auges geworden sind, in einen anderen Abschnitt des Embryos übertragen werden und sich zu Blut-, Muskel-, Nerven- oder Leberzellen entwickeln.

Zellen im frühen embryonalen Stadium sind totipotent (siehe oben) und können sich zu jeder Art von Körperzelle differenzieren. Nach etwa sieben Tagen bildet die Zygote eine als Blastozyste bekannte Struktur, die eine Masse von Zellen enthält, die schließlich zum Fötus werden, sowie trophoblastisches Gewebe, das schließlich zur Plazenta wird. Werden in diesem Stadium Zellen aus der Blastozyste entnommen, werden sie als pluripotent bezeichnet, das heißt, sie haben die Fähigkeit, viele verschiedene Arten von menschlichen Zellen zu werden. Zellen in diesem Stadium werden oft als embryonale Stammzellen der Blastozyste bezeichnet. Wenn jede Art von embryonalen Stammzellen im Labor in Kultur gezüchtet wird, können sie sich teilen und unbegrenzt wachsen. Diese Zellen werden dann als embryonale Stammzelllinien bezeichnet.

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Fetale Stammzellen

Der Embryo wird nach der achten Entwicklungswoche als Fötus bezeichnet. Der Fötus enthält Stammzellen, die pluripotent sind und sich schließlich zu den verschiedenen Körpergeweben des Fötus entwickeln.

Erwachsene Stammzellen

Adulte Stammzellen kommen bei allen Menschen in geringer Zahl vor. Die adulte Stammzelle gehört zu der Klasse von Zellen, die wir in den letzten 30 Jahren im Bereich der Knochenmarktransplantation sehr effektiv manipulieren konnten. Dabei handelt es sich um Stammzellen, die in ihrer Lage weitgehend gewebespezifisch sind. Anstatt typischerweise alle Zellen des Körpers hervorzubringen, können diese Zellen nur wenige Arten von Zellen hervorbringen, die sich zu einem bestimmten Gewebe oder Organ entwickeln. Sie werden daher als multipotente Stammzellen bezeichnet. Adulte Stammzellen werden manchmal als somatische Stammzellen bezeichnet.

Das am besten charakterisierte Beispiel einer adulten Stammzelle ist die Blutstammzelle (die hämatopoetische Stammzelle). Wenn wir von einer Knochenmarkstransplantation, einer Stammzelltransplantation oder einer Bluttransplantation sprechen, ist die zu transplantierende Zelle die hämatopoetische Stammzelle oder Blutstammzelle. Diese Zelle ist eine sehr seltene Zelle, die hauptsächlich im Knochenmark des Erwachsenen vorkommt.

Eine der aufregenden Entdeckungen der letzten Jahre war die Aufhebung einer seit langem bestehenden wissenschaftlichen Überzeugung, dass eine adulte Stammzelle eine vollständig engagierte Stammzelle sei. Früher glaubte man, dass eine hämatopoetische oder blutbildende Stammzelle nur andere Blutzellen bilden kann und niemals eine andere Art von Stammzelle werden kann. Es gibt nun Hinweise darauf, dass einige dieser scheinbar festgeschriebenen adulten Stammzellen in der Lage sind, ihre Richtung zu ändern, um eine Stammzelle in einem anderen Organ zu werden. Zum Beispiel gibt es einige Modelle der Knochenmarktransplantation bei Ratten mit geschädigter Leber, bei denen die Leber teilweise mit Zellen nachwächst, die aus transplantiertem Knochenmark stammen. Die Verwendung von Stammzellen zur Reparatur von Gewebeschäden ist Teil eines Gebiets, das als regenerative Medizin bekannt ist. Ähnliche Studien können durchgeführt werden, die zeigen, dass viele verschiedene Zelltypen voneinander abgeleitet werden können. Es scheint, dass Herzzellen aus Knochenmarksstammzellen gezüchtet werden können, dass Knochenmarkszellen aus Stammzellen aus Muskeln gezüchtet werden können und dass Hirnstammzellen in viele Arten von Zellen umgewandelt werden können.

Periphere Blutstammzellen

Die meisten Blutstammzellen sind im Knochenmark vorhanden, aber einige sind im Blutkreislauf vorhanden. Dies bedeutet, dass diese sogenannten peripheren Blutstammzellen (PBSCs) aus einer entnommenen Blutprobe isoliert werden können. Die Blutstammzelle ist in der Lage, eine sehr große Anzahl sehr unterschiedlicher Zellen hervorzubringen, aus denen das Blut und das Immunsystem bestehen, darunter rote Blutkörperchen, Blutplättchen, Granulozyten und Lymphozyten.

Rote Blutkörperchen transportieren Sauerstoff um die Körper und geben dem Blut seine Farbe. Blutplättchen sind Zellfragmente, die eine Blutung stoppen und dem Körper helfen, zu gerinnen und zu heilen, wenn es geschnitten wird. Granulozyten sind eine Art von weißen Blutkörperchen, die bei der Bekämpfung bakterieller Infektionen helfen. Lymphozyten sind eine Art von weiße Blutkörperchen, die Teil des Immunsystems sind, helfen, andere Infektionen zu bekämpfen und können auch am Schutz vor Krebs beteiligt sein.All diese sehr unterschiedlichen Zellen mit sehr unterschiedlichen Funktionen werden von einer gemeinsamen, angestammten, engagierten blutbildenden (hämatopoetischen) Stammzelle abgeleitet.

Perinatale Stammzellen

Perinat

Blut aus der Nabelschnur und dem Fruchtwasser enthält einige Stammzellen, die mit dem Neugeborenen genetisch identisch sind. Dies sind wie adulte Stammzellen multipotente Stammzellen, die sich in bestimmte, aber nicht alle Zelltypen differenzieren können. Aus diesem Grund wird Nabelschnurblut oft für eine mögliche zukünftige Verwendung gespeichert oder gelagert, falls die Person eine Stammzelltherapie benötigt.

Induzierte pluripotente Stammzellen

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) sind adulte Zellen, die genetisch in einen embryonalen Stammzell-ähnlichen Zustand umgewandelt wurden. Humane iPSCs können sich differenzieren und zu mehreren verschiedenen fötalen Zelltypen werden. iPSCs sind wertvolle Hilfsmittel bei der Erforschung der Krankheitsentwicklung und der medikamentösen Behandlung und könnten künftig in der Transplantationsmedizin eingesetzt werden. Zur Entwicklung und Verwendung dieser Zellen wird weiter geforscht.

Warum gibt es Kontroversen um die Verwendung von Stammzellen?

Embryonale Stammzellen und embryonale Stammzelllinien haben viel öffentliche Aufmerksamkeit in Bezug auf die Ethik ihrer Verwendung oder Nichtverwendung erhalten. Es besteht offensichtlich die Hoffnung, dass durch die Züchtung und Differenzierung dieser embryonalen Stammzellen im Labor eine Vielzahl von Behandlungsfortschritten erzielt werden könnte. Ebenso klar ist, dass jede embryonale Stammzelllinie aus einem menschlichen Embryo gewonnen wurde, der durch In-vitro-Fertilisation (IVF) oder durch Klonierungstechnologien erzeugt wurde, mit allen damit verbundenen ethischen, religiösen und philosophischen Problemen, je nach Sichtweise.

Welche Stammzelltherapien sind derzeit verfügbar?

Der routinemäßige Einsatz von Stammzellen in der Therapie ist auf blutbildende Stammzellen (hämatopoetische Stammzellen) beschränkt, die aus Knochenmark, peripherem Blut oder Nabelschnurblut gewonnen werden. Die Knochenmarktransplantation ist die bekannteste Form der Stammzelltherapie und die einzige gebräuchliche Stammzelltherapie. Es wird zur Behandlung von Krebserkrankungen der Blutzellen (Leukämien) und anderen Erkrankungen des Blutes und des Knochenmarks angewendet.

Bei der Knochenmarktransplantation werden die vorhandenen weißen Blutkörperchen und das Knochenmark des Patienten durch Chemotherapie und Strahlentherapie zerstört. Anschließend wird dem Patienten eine Knochenmarkprobe (enthält Stammzellen) von einem gesunden, immunologisch angepassten Spender injiziert. Die transplantierten Stammzellen bevölkern das Knochenmark des Empfängers und beginnen mit der Produktion neuer, gesunder Blutzellen.

Nabelschnurblut-Stammzellen und periphere Blutstammzellen können auch anstelle von Knochenmarksproben verwendet werden, um das Knochenmark bei der Knochenmarktransplantation wieder aufzufüllen.

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Was sind experimentelle Behandlungen mit Stammzellen und mögliche zukünftige Richtungen für die Stammzelltherapie?

Die Stammzelltherapie ist ein spannendes und aktives Feld der biomedizinischen Forschung. Wissenschaftler und Mediziner untersuchen den Einsatz von Stammzellen in Therapien zur Behandlung verschiedenster Krankheiten und Verletzungen. Damit eine Stammzelltherapie erfolgreich ist, müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden. Der geeignete Stammzelltyp muss ausgewählt werden, und die Stammzellen müssen auf den Empfänger abgestimmt sein, damit sie nicht vom Immunsystem des Empfängers zerstört werden. Es ist auch wichtig, ein System zu entwickeln, um die Stammzellen effektiv an die gewünschte Stelle im Körper zu bringen. Entscheidend für den Erfolg jeder Stammzelltherapie ist schließlich die Entwicklung von Methoden, um die Differenzierung von Stammzellen “einzuschalten”, zu kontrollieren und sicherzustellen, dass sie sich zu dem gewünschten Gewebetyp entwickeln.

Forscher untersuchen derzeit die Verwendung von Stammzellen zur Regeneration von geschädigtem oder erkranktem Gewebe unter vielen Bedingungen, einschließlich der unten aufgeführten.

Herzkrankheit Parkinson-Krankheit Rückenmarksverletzung Diabetes mellitus Amyotrophe Lateralsklerose Arthritis Verbrennungen

Von

Medizinisch begutachtet am 10.12.2020

Verweise

Aly, RM “Aktueller Stand der stammzellbasierten Therapien: ein Überblick.” Stammzelluntersuchung 7 (2020(: 8.

Vereinigte Staaten. Nationales Gesundheitsinstitut. “Stammzelleninformationen.” .