Stammzellen haben zwei
wichtige Eigenschaften: 1. sie können sich
beliebig oft teilen und 2. sie können sich in differenzierte
Zellen verwandeln.
In den letzten 3 Jahren wurde in einer Flut von Untersuchungen
berichtet, dass sie sehr plastisch sein können, dass sich z.B.
HSCs (hematopoietic stem cells) nicht nur in Zellen des Blutes
differenzieren können, sondern auch zu Herz-, Leber-, Gehirn-,
Nieren-, Lungen- und Muskelzellen u.a. differenziert werden
können. Außerdem wurden sie nicht nur im Knochenmark
gefunden, sondern auch in der Muskulatur.
Die ersten Blutzellen werden im Dottersack der
Säugetiere gebildet. Dort entstehen kernhaltige Erythrocyten.
Man weiß nicht genau, ob die HSCs hier entstehen und in den
Embryo wandern oder ob sie im Embryo selbst entstehen. Diese haben dann
die Eigenschaft, dass sie im Embryo und im späteren adulten
Tier alle Blutzellen erzeugen. Es kann sein, dass ein hemangioblast als
Vorläufer von endothelialen und HSCs auftritt. Diese Vermutung
wird durch neuere Untersuchungen gestützt. Es erscheint heute
möglich, dass sich HSCs in jeden Zelltyp verwandeln lassen.
Blutzellen entstehen im ventralen Mesoderm. Dafür ist der
BMP-Weg notwendig. Knock-out Mäuse in Bezug auf diesen
Signalweg bilden nur wenig ventrales Mesoderm und kein Blut, was auch
auf den Zebrafisch zutrifft.
Im vorderen lateralen Mesoderm gibt es eine AGM-Region (von ihr wird
die Aorta, die Gonaden und der Mesonephros gebildet, daher die
Abkürzung) in der wahrscheinlich auch die endgültigen
HSCs entstehen. Das belegen Experimente an Küken und Xenopus.
Bereits 1916 wurden Zellen in der ventralen Aortawand bemerkt. Von
diesen glaubt man heute, dass sie die primären HSCs bilden.
Diese Region ist bei allen Wirbeltieren konserviert. Wenn diese Zellen
auch keine Erythrocyten bilden, so wandern sie doch in die fetale Leber
und in das Knochenmark ein, um dort die Blutzellen zu bilden.
In Kultur kann man mit BMP-4 die HSCs am Leben erhalten. Es existiert
aber bisher kein System, in dem HSCs sich dauerhaft vermehren
können.
HSCs sind in ein Stroma eingebettet, das sehr schwer
nachzuahmen ist und das ein Gerüst für ihre
Entwicklung bildet und daher eine wichtige Rolle spielt. In diesem
Stroma befinden sich MSCs (mesenchymal stem cells), glatte
Muskelzellen, endotheliale Zellen u.a. Aus den MSCs können
sich andere Zelltypen entwickeln (Knochen-, Knorpel- Fettzellen).
Außerdem befinden sich extrazelluläre in diesem
Stroma Matrixproteine und lösliche Proteine.
Kürzlich wurde ein hochplastischer Zelltyp im Knochenmark
entdeckt. Man findet ihn bei Mäusen, Ratten und Menschen. Er
konnte in vitro 1 Jahr gezüchtet werden, ohne dass er seine
Teilungsfähigkeit verlor. Danach konnte er noch in
verschiedene Zelltypen differenziert werden. Unter verschiedenen
Kulturbedingungen konnten sich diese Zellen in Knochen-, Knorpel-,
Fett-, Muskelzellen und endotheliale Zellen differenzieren. Dieser
Zelltyp wurde MPC (mesodermal oder multipotent progenitor cell)
getauft. Dieser Zelltyp kann für Transplantationen zur
Regeneration defekten Gewebes oder für Gentherapien verwendet
werden.
Es gibt viele Studien, die belegen, dass sich HSCs in Muskelzellen verwandeln lassen. In einer Untersuchung wurde gezeigt, dass nach Knochenmarkstransplantation und der zusätzlichen Verletzung der Muskulatur, diese sich auch regenerierte, was zeigt, dass die HSCs dorthin wandern müssen. Dann versuchte man Mäusen, die unter Muskeldystrophie litten Knochenmark zu transplantieren und es stellte sich heraus, dass tatsächlich Muskulatur regeneriert wurde. Die Regeneration war aber nicht so, dass man von einer Heilung reden konnte. Aber es ist durchaus als vielversprechender Ansatz zu sehen.
Bei Mäusen und Ratten wurde gezeigt, dass nach einem
Herzinfarkt HSCs in der Lage waren, neues Herzgewebe zu bilden, wenn
sie in das verletzte Gewebe injiziert wurden. Das wurde auch bei der
Ratte in einer anderen Studie mit HSCs von Menschen gezeigt, die aber
in die Blutbahn und nicht direkt in das verletzte Gewebe injiziert
wurden.
Es wurde sogar gezeigt, dass eine Verbesserung der Heilung durch Zugabe
bestimmter Faktoren erreicht werden konnte. Worauf die Verbesserung im
Einzelnen zurückzuführen ist, läßt
sich noch nicht sagen. Es kann zu besserem
Gefäßwachstum oder verminderter Apoptose beitragen.
Im Augenblick laufen Versuche am Menschen, ob die Gabe bestimmter
Wachstumsfaktoren zu einer verbesserten Heilung bei Herzinfarkten
führen kann.
Lagasse u.a. konnten erreichen, dass in Mäusen, die in der
Leber das Enzym FAH, das für den Tyrosinstoffwechsel
zuständig ist, nicht bilden, ihr Gewebe zu 30 bis 50% durch
HSCs so regeneriert werden konnte, dass sich ihre Leberfunktion
normalisierte.
Krause, D.S., Gene Therapy, (2002) 9, 754-758
Orkin, S.H. u. L.I. Zon, Nature Immunology (2002), 3, 323-328,
Adresse: Helmut Hupfeld, Katzenberg 11,
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