Die Definitionen von adulten Stammzellen sind in der Literatur recht unterschiedlich. Sie variieren von groben Festlegungen wie sie im Abschnitt Eigenschaften (s.u.) aufgeführt werden bis zu rigoros festgelegten experimentellen Bedingungen, die sie erfüllen müssen.
HSC-Zellen = hematopoietic stem cells =
hämatopoietische
Stammzellen sind solche, die im Knochenmark vorkommen, die
sämtliche
Blutzellen erneuern und man kennt sie bereits seit 40 Jahren.
Heute kennt man viele andere Gewebe aus denen sich adulte
Stammzellen gewinnen lassen. Außerdem entwickeln sich diese
in weitaus
mehr Zelltypen als man ursprünglich dachte. Die Liste der
Gewebe in
denen man Stammzellen gefunden hat wächst laufend. So kann man
das
heute von folgenden Geweben sagen: Knochenmark, peripheres Blut,
Gehirn,
Rückenmark, Zahnwurzel, Skelettmuskel, Haut, Darm, Cornea,
Retina,
Leber und Pancreas.
Alle Stammzellen müssen mindestens zwei Eigenschaften
besitzen. Erstens müssen sie identische Kopien von sich selbst
herstellen,
die sich über lange Zeiträume teilen
(long-term-self-renewal).
Zweitens müssen sich aus ihnen differenzierte Zellen
gewinnen lassen, die ganz ähnliche Eigenschaften haben wie die
gewünschten
Zelltypen in vivo. Natürlich müssen sie auch deren
Funktionen
ausüben können. Typischerweise entwickeln sich die
differenzierten
Zelltypen aus den Stammzellen über Zwischenstadien, die man
Vorläuferzellen
nennt.
Es ist oft schwer gewebespezifische Stammzellen von
Vorläuferzellen
zu unterscheiden.
Adulte Stammzellen sind selten in den
einzelnen
Geweben und lassen sich deshalb nur schwer gewinnen. Normalerweise
haben
sie die Funktion, dass sie die Homeostase der Zellzahl in dem
betreffenden
Gewebe aufrechterhalten, d.h. dass sie abgestorbene Zellen ersetzen
sollen.
Daher war schon früh klar, dass es in Geweben, die hohen
Belastungen
ausgesetzt sind, wie Haut und Dünndarm Stammzellen geben muss.
Dazu
rechnen auch die Blutzellen, deren Regeneration im Knochenmark
stattfindet.
Unter 10000 - 15000 Zellen findet man hier eine Stammzelle. Weiter sind
die Stammzellen in dem betreffenden Gewebe in der Regel weit verstreut,
so dass sie schwer zu finden sind und verhalten sich in
unterschiedlichen
Geweben auch ganz unterschiedlich. Z.B. erzeugen Stammzellen im
Knochenmark
(HSC = hematopoietic stem cells) fortlaufend neue Zellen, weil diese ja
auch dauernd im Blut benötigt werden. Daher befinden sich
Stammzellen
gleichzeitig mit Vorläuferzellen im Knochenmark und sie
können
nur schwer unterschieden werden. Im Darm dagegen befinden sich die
Stammzellen
in kleinen Taschen, sind dort ortsfest und es werden relativ langsam
aus
ihnen neue Zellen erzeugt. Stammzellen in der Muskulatur ruhen und
teilen
sich nicht bis diese Teilungen aus bestimmten Gründen
erforderlich
ist (Verletzungen).
Obwohl nun weitgehend akzeptiert ist, dass es im Gehirn
Stammzellen gibt, weiß man doch noch nicht so genau wo sie
überall
vorkommen könnten, weil man sie nicht in vivo ausmachen kann,
sondern
man muss erst Gewebe extrahieren und kultivieren und kann erst dann an
Hand der Eigenschaften in vitro feststellen, ob Stammzellen dabei sind.
Dabei können sich ihre Eigenschaften natürlich
verändern,
weshalb man über die genauen Eigenschaften der Zellen in vivo
und
wie sie dort funktionieren nicht genau informiert ist.
Bei Mäusen unterscheidet man zwei Typen von HSCs,
long-term und short-term-HSCs. Die long-term-HSCs teilen sich das ganze
Leben lang während die short-term-HSCs sich nur begrenzte Zeit
teilen.
Man kann sie dadurch unterscheiden, dass long-term-HSCs eine hohe
Telomeraseaktivität
besitzen, die short-term-Zellen dagegen nicht. Nur eine von 10000
Zellen
des Knochenmark sind long-term-HSCs und man kann diese leider noch
nicht
kultivieren.
In der Muskulatur hat man bis heute drei Typen von Stammzellen
die Muskelzellen bilden können entdeckt. Satellitenzellen,
Stammzellen
in der dorsalen Aorta und side population Zellen.
Satellitenzellen wurden schon vor 40 Jahren beim Frosch
entdeckt. Danach wurden sie auch bei Säugern gefunden. Sie
vermitteln
hier das Wachstum der Muskulatur. Normalerweise teilen sich diese
Stammzellen
nicht, aber sie können durch Verletzungen oder sehr intensives
Muskeltraining
dazu angeregt werden. Aus ihnen bilden sich dann
Vorläuferzellen von
Muskelfasern, die sich dann in solche differenzieren.
HSCs können alle Blutzellen bilden. Sie sind in der
Lage bei Mäusen, denen das Knochenmark vollständig
zerstört
wurde und die dadurch jegliche Immunabwehr verloren haben, das
Abwehrsystem
vollständig neu aufzubauen. Daher werden diese Zellen auch
für
Knochenmarkstransplantationen beim Menschen schon seit
längerer Zeit
eingesetzt. Man versucht hier dann ebenfalls entartete Zellen
vollständig
zu zerstören und dann anschließend das Knochenmark
neu bilden
zu lassen von geeigneten Stammzellen.
Obwohl man Stammzellen des Gehirns dazu veranlassen konnte,
Nervenzellen zu bilden, zeigt sdich aber oft, dass sie bei
Transplantationen
nur wenige Neurone aber viele Gliazellen hwervorbringen, was man
eigentlich
nicht beabsichtigt (Cattaneo). Cattaneo fand Oberflächenmarker
der
neuronalen Stammzellen und zwar ShcA, ShcB und ShcC. Undifferenzierte
neuronalen
Stammzellen exprimieren ShcA und nicht ShcC. Dagegen exprimieren
Nervenzellen
ShcC und nicht ShcA. Das ist ein erster Ansatzpunkt die Differenzierung
der Nervenzellen besser steuern zu können.
In einer Pressemitteilung des Forschungszentrums
Jülich
heißt es:
"Nabelschnurblut, das normalerweise nach der Geburt entsorgt
wird, enthält eine begrenzte Menge blutbildender Stammzellen.
Diese
Zellen helfen krebskranken Kindern, deren Immunsystem durch eine Chemo-
oder Strahlentherapie zerstört ist. Denn durch die aggressive
Behandlung
werden nicht nur die Krebszellen, sondern auch die Immunzellen
angegriffen.
Allein aus Stammzellen kann sich wieder ein intaktes Immunsystem
entwickeln.
Nabelschnurblut enthält jedoch nicht genügend dieser
vielseitigen
Zellen, um auch größere Kinder und Erwachsene zu
behandeln.
Ihnen muss aufwendig Knochenmark transplantiert werden. Für 20
Prozent
aller Patienten kann trotz weltweiter Suche kein passender Spender
gefunden
werden.
Doch eine Lösung ist in Sicht. Die Wissenschaftler
vom Institut für Biotechnologie haben einen Bioreaktor
entwickelt,
in dem unter kontrollierten Bedingungen Stammzellen kultiviert werden
können.
Das ist nicht einfach, denn die Zellen sind anspruchsvoll. Immerhin
leben
sie normalerweise in einem der größten und aktivsten
Organe
des menschlichen Körpers, dem Knochenmark. Um dieses
natürliche
Umfeld zu simulieren, haben die Jülicher Forscher sich eine
besondere
Technik ausgedacht. Sie benutzen im neuen Bioreaktor kleine
poröse
Kugeln aus Kollagen, einem Eiweiß, in deren
Hohlräumen sich
die Stammzellen wie in den Nischen des Knochenmarks ansiedeln
können.
Auf überraschend einfache Weise werden die blutbildenden
Zellen schließlich von den Wissenschaftlern geerntet: ein
Enzym wird
zugegeben und löst die Kugeln auf. Übrig bleiben die
wertvollen
Zellen. Auf diese Weise können bereits klinisch relevante
Mengen produziert
werden, auch wenn das Verfahren vor dem klinischen Einsatz noch
intensiv
geprüft werden muss."
Forscher aus Houston, Texas gelang es HSCs stark anzureichern, sie Mäusen, deren Herz z.T. ischämisch geschädigt war, einzuspritzen und sie teilweise zu heilen. Die Stammzellen waren selbstständig in das zerstörte Gewebe eingewandert und hatten sich dort zu Herzmuskelzellen entwickelt. Auch die verletzten Blutgefäße hatten sich regeneriert. Die Stammzellen stammten aus der side "Population".
R. Oakly aus Singapur teilte Reuters mit (Juni, 2001), dass sie Knochenmarkszellen in Herzmuskelzellen verwandeln konnte. Diese wurden in Mäusen implantiert. Man hofft mit Experimenten am Menschen in einem Jahr beginnen zu können. Die Zellen sollen bei den Mäusen eingewachsen sein.
1. Es gibt adulte Stammzellen die zu long-term-renewal
zeigen.
2. Adulte Stammzellen können sich zu bestimmten
Zelltypen differenzieren und deren Funktionen ausüben.
3. Manche adulte Stammzellen können sich auch zu
Zelltypen anderer Gewebe differenzieren.
4. Adulte Stammzellen sind selten. Sie sind oft schwer
zu finden und schwer von Vorläuferzellen abzugrenzen.
5. Adulte Stammzellen wurden in Geweben gefunden die
vom Ekto-, Meso- und Endoderm abstammen.
6. HSCs sind die am besten untersuchten adulten Stammzellen
und sie werden bereits klinisch eingesetzt um bestimmt Komponenten des
Blutes zu regenerieren.
Quellen:
Cattaneo, Nature Neuroscience 2001;4:579-586
Pressemitteilung des Forschungszentrums Jülich GmbH
http://www.fz-juelich.de/oea/PM2001/2001-27-Stammzellen.html
Adresse: Helmut Hupfeld, Katzenberg 11,
27283 Verden, Mario.Hupfeld@uni-konstanz.de
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