Stammzelle

Stammzellen sind Körperzellen, die noch nicht ausdifferenziert sind. Das heißt, sie liegen noch nicht in einer Form vor, die sie für ihre Verwendung im Organismus spezialisiert (zum Beispiel als Hautzelle oder Leberzelle), sondern ihre spätere Verwendung ist noch offen. Aus Stammzellen können also durch mitotische Teilung weitere Stammzellen oder ausdifferenzierte Zellen hervorgehen. Bisher sind keine spezifischen Marker für Stammzellen bekannt. Sie zeichnen sich durch ihre Fähigkeit zur Selbstreplikation und Differenzierung aus.

Inhaltsverzeichnis
1 Formen

1.1 1. Embryonale Stammzellen (ES-Zellen)

1.1.1 Klonen von embryonalen Stammzellen

1.2 2. Adulte Stammzellen

2 Stammzellenmedizin
3 Stammzellenforschung
4 Gesetzeslage
5 Kontroverse über ethische Implikationen
6 Pflanzen
7 Literatur
8 Weblinks

Formen

Es gibt zwei Formen:

1. Embryonale Stammzellen (ES-Zellen)

Embryonale Stammzellen lassen sich unterteilen in zwei Typen.

1. Diejenigen, aus denen ein Embryo bis zum Stadium mit acht Zellen besteht: Aus diesen Zellen entwickeln sich später alle Zellformen des entstehenden Lebewesens. Man nennt sie deshalb totipotent. Zu den totipotenten Stammzellen gehört demnach natürlich auch die befruchtete Eizelle.
2. Stammzellen aus den Blastozysten-Stadien bezeichnet man als pluripotent: aus ihnen können sich in der Regel immer noch alle Arten von Körperzellen der Hauptgewebetypen (endodermal (Wandzellen des Verdauungstraktes), mesodermal (Muskeln, Knochen, Blutzellen) und ektodermal (Hautzellen und Nervengewebe)) differenzieren, aber keine Teile der Plazenta mehr. Man unterscheidet zwischen:
  • den eigentlichen ES-Zellen aus der inneren Zellmasse der Blastozyste
  • EG-Zellen (Embryonal Gonad)
  • EC-Zellen (Embryonal Carcinoma)

Klonen von embryonalen Stammzellen

Nach Medienberichten am 20. Mai 2005 haben südkoreanische Forscher als weltweit erste maßgeschneiderte embryonale Stammzellen für schwerkranke Patienten geklont. Dieser Schritt gelang den Forschern innerhalb eines Jahres, nachdem sie menschliche Embryonen klonten. Damit wurde eine entscheidende Hürde auf dem Weg zum therapeutischen Klonen übersprungen. Man erhofft sich, durch jene Stammzellen, die dasselbe Erbgut wie die Patienten aufweisen, bei der Therapie Abwehrreaktionen des Körpers verhindern zu können, was wiederum die Heilungschancen erheblich verbessere.

Das Forschungsteam um den Tiermediziner Hwang Woo-suk und den Gynäkologen Shin Yong Moon von der Nationaluniversität Seoul entkernte 185 Eizellen junger Spenderinnen und verschmolz sie mit je einer Hautzelle von elf Patienten zwischen zwei und 56 Jahren, die unter unheilbaren Krankheiten litten.

Da embryonale Stammzellen noch nicht spezialisiert sind und alle Gewebe des Körpers bilden können, sind sie in der Medizin möglicherweise als Ersatzmaterial dienlich. Die Krankheit Parkinson konnte zumindest in Tierversuchen bereits behandelt werden. Es kann aber auch vorkommen, daß die gewonnenen embryonalen Stammzellen die gleichen genetischen Defekte aufweisen (zum Beispiel bei Erbleiden) und somit nicht zur direkten Heilung einsetzbar sind. Jene embryonalen Stammzellen, welche von den südkoreanischen Forschern gewonnen wurden, erlauben zumindest die Erforschung bestimmter Krankheiten im Labor auf Zellniveau.

2. Adulte Stammzellen

Adulte Stammzellen dagegen entstehen nach dem embryonalen Stadium: Aus diesen Zellen werden während der Lebensphase des Organismus spezialisierte Zellen gebildet. Adulte Stammzellen, die in Organen (besonders im Knochenmark, in der Haut, aber auch im Fettgewebe, in der Nabelschnur und im Nabelschnurblut, im Gehirn, der Leber oder der Bauchspeicheldrüse), zu finden sind, können sich aber nicht so frei spezialisieren wie embryonale Stammzellen und sind letzteren hinsichtlich ihres Differenzierungspotentials unterlegen. Trotzdem scheinen sie ein keimblattüberschreitendes Differenzierungspotential zu besitzen und können sich beispielsweise auch zu neuronalen Zellen spezialisieren, welche sich aus ektodermalem Gewebe entwickeln. Adulte Stammzellen sind in jedem Individuum verfügbar, so dass die Perspektive des Ersatzes durch körpereigene, d.h. autologe Zellen gegeben ist, und sie sich dadurch für die Technik des Tissue Engineering anbieten. Auch scheint die Neigung zur malignen Entartung bei Implantation adulter Stammzellen geringer zu sein als bei embryonalen Stammzellen.


Die Gewinnung von adulten Stammzellen und von Progenitorzellen aus dem Knochenmark erfolgt mittels Punktion des Beckenknochens unter Vollnarkose oder neuerdings verstärkt mittels der Stammzellapherese. Die Gewinnung von Nabelschnurblut-Stammzellen erfolgt nach der Abnabelung des Kindes, durch die Entnahme des restlichen, noch in Nabelschnur und Plazenta befindlichen Bluts.

Stammzellenmedizin

Seit über 30 Jahren werden Stammzellen des Knochenmarks in der Behandlung von Leukämie und von Lymphomen eingesetzt. Während einer Chemotherapie werden die meisten wachsenden Zellen durch zytotoxische Bestandteile zerstört. Dadurch werden nicht nur die Krebszellen abgetötet, sondern auch die Stammzellen, die andere Körperzellen reparieren sollten, werden durch die Therapie in Mitleidenschaft gezogen. Deshalb werden vor der Chemotherapie Stammzellen aus dem Knochenmark des Patienten entfernt und nach Abschluss der Behandlung wieder injiziert. Diese Stammzellen produzieren dann große Mengen an roten und weißen Blutkörperchen, wodurch das Blut gesund erhalten werden kann und Infektionen besser abgewehrt werden können.

Adulte Stammzellen sind bereits mit Erfolg bei Lähmungen nach Wirbelsäulenverletzungen und bei Morbus Parkinson eingesetzt worden.

Stammzellenforschung

Derzeit gelingt es in Versuchen an Ratten, Gehirntumore durch die Injektion von adulten Stammzellen zu behandeln. Wissenschaftler in Harvard haben die Zellen gentechnisch so verändert, dass sie eine andere gleichzeitig injizierte Substanz in einen krebszellentötenden Stoff umwandeln. Die Größe der Tumoren konnte um 80 Prozent reduziert werden.

Stammzellen scheinen außerdem in der Lage zu sein, Zellen, die durch einen Herzinfarkt geschädigt wurden, zu erneuern. An der Columbia-Presbyterian University ist es gelungen, die Herzfunktion nach einem Infarkt bei Mäusen durch die Injektion von Knochenmark-Stammzellen um 33 Prozent zu verbessern. Das zerstörte Gewebe regenerierte sich zu 68 Prozent wieder.

In Deutschland wird u.a. am Klinikum der Universität Frankfurt in einer klinischen Studie der Nutzen von Stammzellen für die Regeneration des Herzens erforscht. Adulte Stammzellen werden hier durch Zentrifugation aus Blut gewonnen, durch anschließende Ausbringung auf Fibronectin-Platten kultiviert und auf diesen selektiv angereichert; sie haften auf den Platten an, so dass andere Zellen abgespült werden können. Nach drei Tagen Kultivierung können sie von den Platten abgelöst und - mit Hilfe geeigneter Nährmedien - ins Herz eingebracht werden. In vergleichbarer Weise können adulte Stammzellen auch aus Muskelgewebe gewonnen werden, allerdings dauert hier die Kultivierung nicht drei Tage, sondern ca. 20 Tage.

Gesetzeslage

Nach dem Embryonenschutzgesetz ist in Deutschland die Forschung nur an importierten embryonalen Stammzellen möglich. Diese Bestimmung wird in Deutschland kontrovers diskutiert. Es besteht die Sorge, daß Deutschland durch diese gesetzliche Sonderregelung den Anschluß an die Forschungsnationen USA und auch asiatische Länder verliert. Die USA mußte allerdings durch die Streichung von Geldern für die Stammzellenforschung durch George Bush Rückschläge hinnehmen. Unter zahlreichen deutschen Wissenschaftlern ist der Unmut angesichts der weltweiten Forschungserfolge größer geworden, da sie einst bei der embryonalen Stammzellenforschung weltweit führend waren und sich durch die gesetzlichen Regelungen vom Fortschritt abgekoppelt fühlen. Kritiker lehnen das therapeutischen Klonen aufgrund ethischer Bedenken ab.

Kontroverse über ethische Implikationen

Die Verwendung embryonaler Stammzellen in der Forschung und Medizin wird von manchen Ethikern, Theologen und Philosophen abgelehnt, da zu ihrer Gewinnung so genannte destruktive Embryonenforschung, also die Tötung des Embryos, erforderlich ist. Auch wird aus Tierversuchen mit solchen Zellen von Fällen berichtet, in denen sich wiederum Embryonen aus den Stammzellen entwickelt hatten. Außerdem geht es um die Frage, ob der Embryo (bei der ES-Forschung) als menschliches Wesen gilt oder noch nicht. Diesen Bedenken steht das möglicherweise hohe positive Potenzial der Stammzellenforschung gegenüber: Die Wissenschaftler erhoffen sich unter anderem eine Heilung von Querschnittslähmung sowie die Möglichkeit, zerstörte Organe nachwachsen zu lassen. Konkrete Hinweise auf solche therapeutischen Erfolge gibt es allerdings zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht. Dagegen werden mit den ethisch unproblematischen adulten Stammzellen bereits heute Patienten erfolgreich behandelt.

Pflanzen

Auch Pflanzen besitzen Stammzellen. Diese befinden sich an der Spitze des Sprosses im so genannten Apikalmeristem sowie an den Wurzelspitzen im Wurzelmeristem. Im Gegensatz zu tierischen und menschlichen Zellen besitzen bei Pflanzen jedoch praktisch alle Zellen die Fähigkeit einen kompletten Organismus zu regenerieren.

Literatur

Weblinks

See also: Stammzelle, 20. Mai, 2005, Befruchtung, Blastozyste, Blut, Chemotherapie, Differenzierung (Biologie), Eizelle, Embryo