Vielen Dank an das iGEM Team Hamburg 2022 für die Übersetzung des Artikels ins Deutsche.
Sie haben richtig gelesen. Aber Schöpfer von was? Von allen Organen und Geweben sowie jeder spezialisierten Zelle in Ihrem Körper. Um zu verstehen, was Stammzellen tun, sollten wir uns zunächst ansehen, wie Gewebe aufgebaut sind.
Gewebe bestehen aus Zellen, die von einem Netzwerk aus Proteinen und Molekülen umgeben sind, einer extrazellulären Matrix, die den Zellen Struktur und Halt gibt. Diese Gruppe von Zellen haben alle eine ähnliche Struktur und Funktionalität, und in dieser Formation sind sie in der Lage, gemeinsam eine bestimmte Funktion auszuführen. Mehrere Gewebe aus verschiedenen Zellen mit unterschiedlichen Funktionen arbeiten dann zusammen, um unsere Organe zu bilden.
Welche Rolle spielen nun die Stammzellen dabei?
Die Rolle der Stammzelle‘
Im Körper gibt es eine große Vielfalt verschiedener Zelltypen, die jeweils auf eine bestimmte Aufgabe spezialisiert sind. Die Rolle der Stammzellen besteht darin, diese Vielfalt zu erzeugen und Gewebe zu erzeugen oder sogar zu regenerieren. Stammzellen sind unspezialisierte Zellen, die die Fähigkeit haben, sich in andere Zelltypen zu differenzieren und zu teilen.
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Es gibt zwei verschiedene Arten von Stammzellen. Schauen wir sie uns an!
1. Embryonale Stammzellen existieren in Embryonen, die nicht älter als drei bis fünf Tage sind. Zu diesem Zeitpunkt gibt es etwa 150 Zellen im Embryo, die die Fähigkeit besitzen, sich in jede andere Zellart zu differenzieren, sogar in andere Stammzellen. Wir bezeichnen sie dann als pluripotent. Diese Stammzellen sind der Ursprung aller anderen Zellen im Körper, und so kann sich eine einzige befruchtete Eizelle zu äußerst komplexen mehrzellige Lebewesen mit inneren Strukturen und unterschiedlichen Funktionen entwickeln. Da diese embryonalen Stammzellen diese Vielseitigkeit besitzen, können sie zur Regeneration von beschädigtem Gewebe oder Organen genutzt werden, die sich nicht von selbst regenerieren können.
2. Adulte Stammzellen sind in den meisten Geweben in geringer Zahl vorhanden. Im Gegensatz zu den embryonalen haben adulte Stammzellen eine bestimmte Funktion und können sich nur in bestimmte Zelltypen teilen, sie werden als multipotent bezeichnet. So sind die Stammzellen im Knochenmark zum Beispiel auf Blutzellen begrenzt, können aber keine weiteren Stammzellen oder zum Beispiel Muskelzellen bilden.
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Das Potenzial von Stammzellen in der Medizin ist aufgrund ihrer regenerativen Eigenschaften enorm. Lassen Sie uns genauer anschauen, was mit Stammzellen erreicht werden könnte und bereits erreicht wird!
Stammzelltherapie…
… zur Behandlung von Herzkrankheiten
Herzkrankheiten sind die häufigste Todesursache in den USA und gehören zu einer Gruppe von Krankheiten die letztlich zu einem Schlaganfall oder Herzinfarkt führen können. Wenn das Herz seine Entwicklung abgeschlossen hat , ist es nicht in der Lage, großflächige Schäden zu reparieren, wie sie
durch einen Schlaganfall verursacht werden. Die irreversiblen Schäden entstehen dadurch, dass die Herzzellen wegen Sauerstoffmangels absterben wenn die Blutzufuhr zum Herzen unterbrochen oder reduziert wird. Dies führt häufig zu Herzinsuffizienz und Herzversagen mit den üblichen Symptomen, die wir mit Herzkrankheiten in Verbindung bringen, wie wie Brustschmerzen und Kurzatmigkeit.
Eine Reihe von Stammzellen wurde für die Behandlung von Herzkrankheiten untersucht. Der häufigste Ansatz ist die Verwendung von Stammzellen des Patienten, die als autologe Stammzellen bezeichnet werden, im Gegensatz zu Stammzellen von anderen Personen, die als allogen bezeichnet werden. Die Stammzellen werden zum Beispiel aus dem Knochenmark oder dem Herzbereich gewonnen. Durch das Einbringen von Stammzellen in das Herzgewebe, können sich diese in Muskelgewebe differenzieren, um das Herz zu stärken, oder in Endothelzellen (Innenauskleidung der Blutgefäße), um die Bildung neuer Blutgefäße im geschädigten Gewebe zu fördern, was die Erholung des Herzgewebes erleichtert und die Herzfunktion verbessert.
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… zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen
Ein weiteres Beispiel für das Potenzial von Stammzellen ist der Fall von Rückenmarksverletzungen. Wenn das Rückenmark geschädigt ist, ist es dem Körper unmöglich, sich zu heilen und zu erholen. Das Ergebnis ist der endgültige Verlust der Nervenverbindungen zwischen dem Gehirn und dem Körper und damit der Verlust von Sensibilität und Mobilität.
Dank der Stammzelltherapie ist es möglich, die Regeneration neuer Nervenzellen aus injizierten Stammzellen zu regenerieren, so dass neue Verbindungen entstehen können. Beschädigte Verbindungen werden auch durch einige Stammzellen, die sich zu Dendrozyten differenzieren, myeliniert. All dies hat zur Folge, dass sich dervAllgemeinzustand der geschädigten Personen verbessert.
Die Uhr der Zellen zurückdrehen
Eines der größten Probleme bei Stammzelltherapien ist die Gewinnung der für die Behandlung benötigten Stammzellen. Adulte Stammzellen sind zwar brauchbar, haben aber ihre Grenzen. Sie können sich nicht in alle Zelltypen teilen und sind auch schwer zu kultivieren und von anderen Zellen zu trennen. Embryonale Stammzellen hingegen können sich in jeden Zelltyp teilen, werden aber möglicherweise vom Immunsystem abgestoßen, weil sie dem Körper fremd sind. Die meisten embryonalen Zellen stammen aus befruchteten Eizellen, die bei der IVF übrig geblieben sind. Ein weiterer wichtiger Punkt, der viele Diskussionen ausgelöst hat, ist der ethische Aspekt der Verwendung befruchteter Eizellen für Behandlungen.
Induktion von pluripotenten Stammzellen aus adulten Zellen
Eine Lösung für die ethischen Fragen wurde 2006 von Shinya Yamanaka und seinem Team von Forschern gefunden. Ihre Idee? Man nehme eine Zelle eines Erwachsenen und verwandle sie in eine Stammzelle. Dazu setzten sie nur 4 Transkriptionsfaktoren ein, die Yamanaka-Faktoren genannt werden. Sie werden verwendet, um die Expression einiger Gene zu reaktivieren und Gene zu unterdrücken, die an der Differenzierung der Zelle beteiligt sind. Diese Methode überrascht durch ihre Einfachheit, ist aber sehr effizient und eröffnet viele Möglichkeiten.
Um diese Faktoren einzuführen, werden jedoch in der Regel virale Vektoren verwendet. Tatsache ist, dass Retroviren zur Bereitstellung der Faktoren eingesetzt werden. Da diese Methode mit der DNA interferieren kann, ist es nicht selten Mutationen zu beobachten, die in manchen Fällen zu tumorigenen Zellen führen können. Andere Möglichkeiten Yamanaka-Faktoren einzuführen, wie z. B. mRNA, können verwendet werden, um das Risiko der Tumorentwicklung zu verringern, auch wenn sie weniger effizient sind.
Diese Technik ist sehr vielversprechend. Es ist nicht notwendig, einen Embryo zu verwenden und zu zerstören, um Stammzellen zu erhalten. Dies hat mehrere Vorteile. Erstens löst es die ethischen Probleme der Verwendung dieser Embryonen, denn es werden nur einige adulte Zellen benötigt, die im Allgemeinen aus der Haut entnommen werden. Zweitens, da die Zellen aus von erwachsenen Zellen stammen, sind sie genetisch identisch mit dem Transplantatempfänger. Auf diese Weise werden Transplantat Abstoßungen vermieden.
Andererseits bringt diese neue Methode auch ethische Probleme mit sich. Mit dieser Methode sollte es theoretisch möglich sein, einen ganzen Menschen zu klonen oder chimärische Tiere zu erzeugen. Klare Grenzen müssen gesetzt werden, um jeglichen Missbrauch zu vermeiden.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Stammzellen in der Medizin ein großes Potenzial haben und aufgrund ihrer regenerativen Eigenschaften ein großes Forschungsfeld darstellen. Allerdings gibt es noch viele Dinge zu verbessern, wie z. B. die Tumoranfälligkeit. Darüber hinaus erfordert das enorme Anwendungspotenzial ein gutes Management ihrer Verwendung und ihrer um einen ethisch nicht vertretbaren Missbrauch zu vermeiden.
Quellen
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B978012809657465740X
https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/heart-attack/symptoms-causes/syc-20373106
https://ki.se/en/research/now-stem-cells-will-build-our-health
Induced Pluripotent Stem Cell – an overview | ScienceDirect Topics
https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_souche_pluripotente_induite
Narihito Nagoshi, Osahiko Tsuji, Masaya Nakamura, Hideyuki Okano (2019). Cell therapy for spinal cord injury using induced pluripotent stem cells. Regenerative Therapy, 11, 75-80.
