Stammzellen mit ihrer Fähigkeit zur Transformation scheinen ein wunderbares Mittel gegen viele Krankheiten zu sein. Finden Sie heraus, was Stammzellen sind, welche Krankheiten derzeit von Stammzellen behandelt werden und welche Aussichten für die Entwicklung einer Stammzelltherapie bestehen. Woher kommt die Skepsis der Spezialisten?
Stammzellen können sich in andere Zelltypen verwandeln. Die Stammzelltherapie ist sicherlich eines der eingängigsten und vielversprechendsten Konzepte in der modernen Medizin. Es scheint, dass die Liste ihrer medizinischen Anwendungen endlos sein sollte - beschädigte Gewebe reparieren, Ersatzorgane wachsen lassen ...
Die Fakten sind jedoch unterschiedlich. Obwohl die Ursprünge der Stammzellforschung in den 1960er Jahren lagen, beschränkt sich ihre Verwendung bislang auf einige genau definierte Indikationen.
Es gibt viele Ideen für die Verwendung von Stammzellen, deren Einführung in die klinische Anwendung jedoch durch eine Reihe von Faktoren begrenzt ist, unter denen die Frage nach der Sicherheit dieser Art von Therapie in den Vordergrund tritt.
Was sind Stammzellen?
Stammzellen sind essentiell für die Bildung des menschlichen Körpers. In den frühesten Entwicklungsstadien besteht der menschliche Embryo vollständig aus Stammzellen. Im Laufe der Zeit verändern sie sich und führen zu allen Zelllinien, aus denen der menschliche Körper besteht.
Die zweite wichtige Rolle von Stammzellen besteht darin, einige Gewebe eines reifen Organismus zu besiedeln und als "Lagerhaus" zu fungieren. Bei Bedarf können sie sich in Zellen eines bestimmten Gewebes verwandeln, die absterben oder beschädigt sind. Dies ist jedoch nur mit bestimmten Geweben möglich.
Stammzellen sind also solche Zellen, die sich in andere, spezialisiertere Zelltypen verwandeln können.
Das wichtigste Merkmal von Stammzellen, das sie von anderen Zellen unterscheidet, ist ihre Teilung.
Während der Teilung kann sich eine Stammzelle differenzieren, d. H. Eine Tochterzelle eines bestimmten Typs (z. B. eine Muskel-, Nerven- oder Epithelzelle) erzeugen.
Je nach Art gibt es verschiedene Arten von Stammzellen: Einige von ihnen können sich in jede Art von Tochterzelle verwandeln, während andere nur Zellen produzieren können, aus denen eine bestimmte Art von Gewebe besteht (mehr dazu weiter unten).
Das zweite wichtige Merkmal von Stammzellen hängt auch mit ihrer Teilung zusammen. Während der Bildung einer Tochterzelle verschwindet die Elternzelle nicht spurlos. Während des Teilungsprozesses wird eine weitere Stammzelle gebildet, die mit der "Mutterzelle" identisch ist.
Somit ist der Effekt einer Stammzellteilung eine Stammzelle und eine spezialisierte Tochterzelle.
Dieser Mechanismus wird als Selbsterneuerung bezeichnet. Dank dessen "verschleißen" Stammzellen nicht und lassen die Größe ihres Pools nicht abnehmen.
Arten von Stammzellen
Wie bereits erwähnt, können sich Stammzellen bei ihrer Teilung in andere Zelltypen verwandeln. Kann aus einer Stammzelle dann eine Tochterzelle werden? Nun nein.
Stammzellen werden in vier Untergruppen unterteilt, je nachdem, wie breit das Zellspektrum aus ihrer Teilung entstehen kann.
Die Stammzellen, die den menschlichen Embryo bilden, können alle Arten von Zelllinien hervorbringen. Einige Stammzellen, die das Gewebe eines erwachsenen Menschen bewohnen, können sich wiederum nur in einen streng definierten Zelltyp verwandeln, der ein bestimmtes Gewebe bildet.
Die Teilung von Stammzellen aufgrund der Möglichkeit, eine Vielzahl von Tochterzellen zu erzeugen, ist wie folgt:
- totipotente Stammzellen
Sie sind Zellen mit dem größten Differenzierungspotential und können sich in jede Art von Tochterzellen verwandeln. Totipotente Zellen bilden eine Zygote (eine Zelle, die aus der Befruchtung eines Eies durch ein Sperma resultiert) und einen Embryo in den frühesten Stadien seiner Entwicklung. Alle Arten von Zellen, aus denen der menschliche Körper besteht, können aus totipotenten Zellen erzeugt werden.
- pluripotente Stammzellen
Pluripotente Zellen können sich auch in viele Zelltypen verwandeln. Plazentazellen sind jedoch eine Ausnahme. Pluripotente Zellen bilden die sogenannten Embryoknoten, eine der Strukturen, die in der ersten Woche der Embryonalentwicklung gebildet wurden.
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Aus pluripotenten Zellen des embryonalen Knotens entstehen drei sogenannte die Keimschichten, aus denen sich später alle Gewebe unseres Organismus entwickeln. Obwohl die Namen der Keimschichten etwas kompliziert klingen (Ektoderm, Mesoderm und Endoderm), sind die daraus gebildeten Gewebe jedem bekannt.
Das Ektoderm produziert die Haut und das Nervensystem, das Mesoderm bildet das Kreislauf- und Bewegungsapparat-System und das Endoderm bildet das Atmungssystem und den größten Teil des Verdauungssystems.
- multipotente Stammzellen
Multipotente Zellen sind eine Gruppe von Stammzellen mit einem etwas engeren Differenzierungspotential. Während sie immer noch mehrere Zelltypen produzieren können, sind sie normalerweise Zellen eines ähnlichen Typs. Das Flaggschiff der Zellen in dieser Untergruppe sind multipotente Knochenmarkzellen, auch als hämatopoetische Stammzellen bekannt. Sie können sich in beliebige Blutzellen wie rote Blutkörperchen oder verschiedene Arten von Leukozyten verwandeln. Sie sind jedoch nicht in der Lage, Zellen zu produzieren, die andere Gewebe aufbauen.
- unipotente Stammzellen
Dieser Zelltyp kann nur ein Tochtertyp werden. Normalerweise dienen unipotente Zellen als Reservoir für die Erneuerung und Reparatur adulter Gewebe. Ein Beispiel für unipotente Zellen sind epidermale Stammzellen, die in der menschlichen Haut vorkommen.
Wo können Stammzellen erhalten werden?
Die Gewinnung von Stammzellen ist grundsätzlich auf zwei Arten möglich.
Ihre erste Quelle ist der menschliche Embryo, aus dem die sogenannten embryonalen Stammzellen isoliert werden. Sie sind totipotente oder pluripotente Zellen und können daher in alle Gewebetypen differenzieren.
Der zweite Stammzelltyp heißt somatische Stammzellen (oder "adulte" Stammzellen). Diese Art von Zelle stammt - wie der Name schon sagt - aus dem erwachsenen menschlichen Körper.
Unter normalen Bedingungen sind dies Zellen, die verschiedene Organe bewohnen
- Mark
- Muskeln
- die Leber
- die Haut
- Blutgefäße
In diesen Organen fungieren Stammzellen als Reservoir und ermöglichen die Regeneration geschädigter Gewebe.
Es ist nicht schwer zu erraten, dass somatische Stammzellen ein begrenzteres Differenzierungspotential aufweisen als embryonale Stammzellen. Zellen, die von einem erwachsenen Organismus stammen, sind multipotent oder unipotent, dh sie können sich in Zellen eines ähnlichen Typs oder sogar nur in einen Typ von Tochterzellen verwandeln.
Das Auffinden und Erhalten somatischer Stammzellen in einem erwachsenen Körper ist eine ziemliche Herausforderung. Die Anzahl solcher Zellen im Gewebe ist sehr gering.
Einmal gesammelt, sind sie unter Laborbedingungen sehr schwer zu kultivieren, so dass es schwierig ist, größere Mengen zu erhalten.
Bisher werden adulte Stammzellen nur aus wenigen Quellen gewonnen. Für hämatopoetische Stammzellen sind dies:
- Mark
- peripheren Blut
- Nabelschnurblut
Aus Fettgewebe und Knochenmark kann man wiederum das sogenannte bekommen mesenchymale Stammzellen. Sie können sich in verschiedene Gewebetypen verwandeln:
- Knochen
- knorpelig
- Muskel
- fettig
Therapien mit mesenchymalen Stammzellen befinden sich noch in der Forschungsphase - ihre Sicherheit und Wirksamkeit wurde bisher nicht bestätigt.
Es ist erwähnenswert, eine weitere Art von Stammzellen zu erwähnen, die eine Art Hybrid der beiden oben genannten ist. Das nennt man induzierte pluripotente Stammzellen.
Dies sind Stammzellen eines erwachsenen Organismus, die in einem Labor neu programmiert wurden, um ihnen die Eigenschaften von Keimzellen zu verleihen.
Derzeitige Verwendung von Stammzellen
Da wir die Arten und Differenzierungsmöglichkeiten von Stammzellen bereits kennen, bleibt die Frage - welche davon und wie werden sie in der Medizin eingesetzt?
- embryonische Stammzellen
Embryonale Stammzellen sind für keine Therapie zugelassen. Warum? Hier sind einige Gründe.
Erstens beinhaltet ihre Verwendung ethische Dilemmata. Embryonale Stammzellen werden aus Embryonen gewonnen, die zu Forschungszwecken bestimmt sind und meist bei In-vitro-Fertilisationsverfahren entstehen. Ethische Fragen sind einer der Faktoren, die den Fortschritt der Erforschung der auf diese Weise gewonnenen Stammzellen einschränken.
Das zweite Hindernis für die Verwendung von Keimzellen ist rein wissenschaftlich. Es sind Zellen mit großem Differenzierungspotential, die sich in jede Art von Tochterzellen verwandeln können. Bisher wurde keine Methode gefunden, um ihr Verhalten zu kontrollieren.
Embryonale Stammzellen bilden nach Implantation in den menschlichen Körper Tumore, die aus verschiedenen zufällig angeordneten Zellen bestehen. Diese Arten von Tumoren werden Teratome (lateinisches Teratom) genannt. Wir sind ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, Keimzellen so zu lenken, dass sie sich in das gewünschte Gewebe verwandeln.
Die Verwendung embryonaler Stammzellen ist auch mit dem Risiko einer Abstoßung verbunden - sie stellen Fremdmaterial dar (ähnlich einer Organtransplantation eines nicht verwandten Spenders).
Das Risiko ist viel geringer, wenn adulte Stammzellen verwendet werden, die von demselben Patienten gespendet und erhalten werden. Wir nennen dieses Verfahren eine autologe Transplantation.
- adulte Stammzellen
Obwohl die Verwendung adulter Stammzellen auch mit vielen Einschränkungen verbunden ist, wurde bisher nur diese Art von Stammzellen in der Medizin verwendet. Die Gewinnung adulter Stammzellen erfordert keine Embryokultur und wirft daher weitaus weniger moralische Dilemmata auf. Adulte Stammzellen werden bei folgenden Therapiearten eingesetzt:
- hämatopoetische Stammzelltransplantation
Die hämatopoetische Stammzelltransplantation ist derzeit die einzige routinemäßige Stammzelltherapie, die weltweit erfolgreich eingesetzt wird. Die sogenannte Knochenmarktransplantationen sind eine Methode zur Behandlung vieler hämatologischer Erkrankungen.
Erstens werden sie bei Patienten mit primären Immundefekten, dh vererbten Anomalien im Immunsystem, angewendet. Eine Knochenmarktransplantation ist oft die einzige Möglichkeit für sie, richtig funktionierende Immunzellen zu erhalten.
Die zweite Gruppe von Patienten, die möglicherweise eine hämatopoetische Stammzelltransplantation benötigen, sind Patienten, deren Knochenmark beispielsweise durch eine aggressive Krebsbehandlung geschädigt wurde.
Eine solche Situation kann im Fall von Blutkrebs (z. B. Leukämien) wünschenswert sein, bei dem das Ziel der Therapie darin besteht, das vom neoplastischen Prozess abgedeckte hämatopoetische System und dessen anschließende Rekonstruktion mit Hilfe implantierter Stammzellen zu zerstören.
- Behandlung ausgedehnter Wunden mit epidermalen Stammzellen
Epidermale Stammzellen sind eine Möglichkeit, großflächige Wunden wie Verbrennungen zu heilen.
Das gesamte Verfahren ist wie folgt: Zunächst werden epidermale Stammzellen aus einem Fragment der gesunden Haut des Patienten gesammelt.
Dann werden diese Zellen einer Laborkultivierung unter Bedingungen unterzogen, die ihre umfassende Vermehrung ermöglichen.
Nachdem die entsprechende Anzahl von Zellen erhalten wurde, werden sie auf die Wundoberfläche gelegt.
Ein zusätzlicher Vorteil der Therapie besteht darin, dass der Körper des Patienten einen solchen "Verband" nicht ablehnen kann - er wurde aus eigenen Zellen hergestellt.
- Augenbehandlung unter Verwendung von Hornhautstammzellen
Eine andere Therapie mit Stammzellen wurde vor relativ kurzer Zeit zugelassen. Es ist ein Medikament, das limbale Hornhautstammzellen enthält und die Rekonstruktion des Hornhautepithels (der vorderen, äußeren Schicht des Augapfels) ermöglicht.
Wie im vorherigen Fall ist die "Quelle" der Zellen der Patient selbst und insbesondere sein gesundes Auge.
Nachdem die Stammzellen gesammelt wurden, werden sie im Labor vermehrt und dann dem betroffenen Auge verabreicht. Eine Indikation für die Anwendung der Therapie ist der Mangel an limbalen Hornhautstammzellen, beispielsweise aufgrund einer Schädigung durch eine chemische Substanz.
Die Zukunft der Stammzellen
Der obige Text fasst die aktuelle und, wie Sie sehen können, sehr begrenzte Verwendung von Stammzellen in der Medizin zusammen.
Die Forschung auf diesem Gebiet ist komplex und Stammzellen werfen immer noch mehr Fragen als Antworten auf.
In der wissenschaftlichen Welt gibt es von Zeit zu Zeit Informationen über die damit verbundenen bahnbrechenden Entdeckungen, aber leider stellt sich in vielen Fällen heraus, dass die veröffentlichten Forschungsergebnisse nicht wahr sind.
Dies war beispielsweise bei einem lauten Versuch der Fall, Knochenmarkstammzellen in die Narbe nach Infarkt im Herzmuskel zu implantieren. Die angeblich positiven Ergebnisse einer solchen Therapie lösten eine Lawine weiterer Studien in anderen klinischen Zentren aus, doch alle Experimente scheiterten letztendlich.
Es sind noch viele Jahre Forschung erforderlich, um Stammzellen erfolgreich und sicher in der Medizin einzusetzen.
Wissenschaftler versuchen ständig, mehr über die ungewöhnlichen Mechanismen ihrer Funktionsweise zu erfahren.
Welche Faktoren beeinflussen den Prozess der Stammzelldifferenzierung?
Ist dieser Prozess steuerbar?
Was tun, um sie effektiv multiplizieren zu können?
Welche der bisher unheilbaren Krankheiten haben wirklich eine Chance, mit dieser Therapie geheilt zu werden?
Diese und viele andere Fragen werden ständig untersucht.
Erwähnenswert ist hier, dass die therapeutischen Anwendungen von Stammzellen zwar begrenzt sind, in anderen Bereichen der Medizin jedoch nützlich sind.
Ein Beispiel ist die Untersuchung neoplastischer Prozesse. Stammzellen ermöglichen es, einen solchen Prozess unter Laborbedingungen zu simulieren und dann mögliche Therapien an ihnen zu testen (z. B. neue Krebsmedikamente).
Die laufende Stammzellforschung steht beispielsweise im Einklang mit:
- neurodegenerative Erkrankungen (z. B. Alzheimer-Krankheit)
- Rückenmarksverletzungen
- Verletzungen des Bewegungsapparates
und schließlich Versuche, ganze Organe (z. B. Bauchspeicheldrüse bei Typ-I-Diabetes) zu rekonstruieren.
Wir müssen uns bewusst sein, dass Stammzellen kein Allheilmittel sind und dass jede potenzielle Anwendung unabhängig erforscht wird und vor der Zulassung einer Reihe klinischer Studien unterzogen werden muss.
Schließlich ist auch vor "Kliniken" zu warnen, die eine Stammzelltherapie ohne Genehmigung anbieten.
Diese Art von Experimenten verlieren im besten Fall und im schlimmsten Fall Geld - Ihre Gesundheit und sogar Ihr Leben.
Literaturverzeichnis:
- "Adulte Stammzellen: Hoffnungen und Hypes der regenerativen Medizin" J. Dulak et al. Acta Biochimica Polonica, Band 62, Nr. 3/2015, 329–337
- "Biologie von Stammzellen: ein Überblick" P. Chagastelles, N. Nardi, Kidney Int Suppl (2011). 2011 Sep; 1 (3): 63–67.
- "Stammzellen in der Hornhaut" Hertsenberg AJ, Funderburgh JL. Prog Mol Biol Transl Sci. 2015; 134: 25–41
- "Stammzellen bei der Hautregeneration, Wundheilung und ihren klinischen Anwendungen" Ojeh N. et al. Int J Mol Sci. 2015, 23. Oktober; 16
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