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Stammzelle

  Embryonale Stammzellen der Maus mit fluoreszierendem Marker.   Vergrößern Embryonale Stammzellen der Maus mit fluoreszierendem Marker.

Stammzellen sind ursprünglich Zellen die die Fähigkeit behalten, sich durch Zellteilung zu erneuern und sich in eine Vielzahl spezialisierter Zelltypen differenzieren können. Die Forschung auf dem Gebiet der Stammzellen erwuchs aus Erkenntnissen von kanadisch Wissenschaftler Ernest A. McCulloch und James E. Till in den 1960er Jahren. Die zwei Kategorien von Stammzellen sind embryonale Stammzellen, die aus Blastozysten gewonnen werden, und adulte Stammzellen, die aus Nabelschnurblut oder Knochenmark gewonnen werden. In einer Blastozyste eines sich entwickelnden Embryos differenzieren sich Stammzellen in alle spezialisierten embryonalen Gewebe. In erwachsenen Organismen fungieren Stammzellen und Vorläuferzellen als Reparatursystem für den Körper und regenerieren spezialisierte Zellen. Da Stammzellen leicht gezüchtet und durch Zellkultur in spezialisierte Gewebe wie Muskeln oder Nerven umgewandelt werden können, wurde ihre Verwendung in medizinischen Therapien vorgeschlagen.

Eigenschaften von Stammzellen



Eigenschaften definieren

Die strenge Definition von a Stammzelle erfordert, dass es zwei Eigenschaften besitzt:

  • Selbsterneuerung - die Fähigkeit, zahlreiche Zellteilungszyklen zu durchlaufen und dabei den undifferenzierten Zustand beizubehalten.
  • Unbegrenzte Potenz - die Fähigkeit, sich in jeden reifen Zelltyp zu differenzieren. Im engeren Sinne macht dies auch keine Stammzellen totipotent oder pluripotent , obwohl einige multipotent und/oder unipotent Vorläuferzellen werden manchmal auch als Stammzellen bezeichnet.

Diese Eigenschaften lassen sich darstellen in-vitro B. unter Verwendung von Verfahren wie klonogenen Assays, wo die Nachkommen einer einzelnen Zelle charakterisiert werden. Jedoch, in-vitro Kulturbedingungen können das Verhalten von Zellen verändern, wodurch unklar wird, ob sich die Zellen in ähnlicher Weise verhalten werden live . Es gibt eine beträchtliche Debatte darüber, ob einige vorgeschlagene adulte Zellpopulationen wirklich Stammzellen sind.

Potenzdefinitionen

Potenz gibt das Differenzierungspotential (das Potential, sich in verschiedene Zelltypen zu differenzieren) der Stammzelle an.

  • Totipotent Stammzellen entstehen durch die Verschmelzung einer Ei- und einer Samenzelle. Zellen, die bei den ersten paar Teilungen der befruchteten Eizelle produziert werden, sind ebenfalls totipotent. Diese Zellen können sich in embryonale und extraembryonale Zelltypen differenzieren.
  • Pluripotent Stammzellen sind die Nachkommen totipotenter Zellen und können sich in Zellen differenzieren, die aus den drei Keimblättern stammen.
  • Multipotent Stammzellen können nur Zellen einer eng verwandten Zellfamilie produzieren (z. B. differenzieren sich hämatopoetische Stammzellen in rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen, Blutplättchen usw.).
  • Unipotent Zellen können nur einen Zelltyp produzieren, haben aber die Eigenschaft der Selbsterneuerung, die sie von Nicht-Stammzellen unterscheidet.

Embryonische Stammzellen

Embryonische Stammzellen (ES-Zellen) sind Stammzellen, die aus der inneren Zellmasse einer Blastozyste gewonnen werden. Eine Blastozyste ist ein Embryo im Frühstadium, der beim Menschen etwa 4 bis 5 Tage alt ist und aus 50 bis 150 Zellen besteht. ES-Zellen sind pluripotent und bilden während der Entwicklung alle Derivate der drei primären Keimblätter: Ektoderm, Entoderm und Mesoderm. Mit anderen Worten, sie können sich in jeden der mehr als 200 Zelltypen des erwachsenen Körpers entwickeln, wenn sie für einen bestimmten Zelltyp ausreichend und notwendig stimuliert werden. Sie tragen nicht zu den extraembryonalen Membranen oder der Plazenta bei.

Wenn keine Stimuli zur Differenzierung gegeben werden, teilen sich ES-Zellen weiter in-vitro und jede Tochterzelle bleibt pluripotent. Die Pluripotenz von ES-Zellen wurde rigoros nachgewiesen in-vitro und live , sie können also tatsächlich als Stammzellen klassifiziert werden.

Fetter Text'''' Aufgrund ihrer einzigartigen kombinierten Fähigkeiten zur unbegrenzten Expansion und Pluripotenz sind embryonale Stammzellen eine potenzielle Quelle für die regenerative Medizin und den Gewebeersatz nach Verletzungen oder Krankheiten. Bis heute wurden keine zugelassenen medizinischen Behandlungen aus der Forschung mit embryonalen Stammzellen abgeleitet. Dies ist nicht verwunderlich, wenn man bedenkt, dass viele Nationen derzeit ein Moratorium entweder für die ES-Zellforschung oder die Produktion neuer ES-Zelllinien haben.'

Adulte Stammzellen

  Stammzellteilung und -differenzierung. A - Stammzelle; B - Vorläuferzelle; C - differenzierte Zelle; 1 - symmetrische Stammzellteilung; 2 - asymmetrische Stammzellteilung; 3 - Vorfahrenabteilung; 4 - Enddifferenzierung   Vergrößern Stammzellteilung und -differenzierung. A - Stammzelle; B - Vorläuferzelle; C - differenzierte Zelle; 1 - symmetrische Stammzellteilung; 2 - asymmetrische Stammzellteilung; 3 - Vorfahrenabteilung; 4 - Enddifferenzierung

Adulte Stammzellen sind undifferenzierte Zellen im ganzen Körper, die sich teilen, um absterbende Zellen wieder aufzufüllen und beschädigtes Gewebe zu regenerieren. Auch bekannt als somatisch (aus dem Griechischen Somatikos, vom Körper ) Stammzellen, sie können sowohl bei Kindern als auch bei Erwachsenen gefunden werden.

Ein großer Teil der Forschung an adulten Stammzellen konzentrierte sich auf die Klärung ihrer Fähigkeit zur Teilung oder selbst erneuern unbegrenzt und ihr Differenzierungspotential. Viele adulte Stammzellen können aufgrund ihrer begrenzten Fähigkeit zur zellulären Differenzierung besser als Vorläuferzellen klassifiziert werden.

Dennoch können spezifische multipotente oder sogar unipotente erwachsene Vorläufer einen potenziellen Nutzen in der regenerativen Medizin haben. Der Einsatz von adulten Stammzellen in Forschung und Therapie ist nicht so umstritten wie embryonale Stammzellen, da die Gewinnung adulter Stammzellen nicht die Zerstörung eines Embryos erfordert. Im Gegensatz zur Forschung an embryonalen Stammzellen wurden von der US-Regierung mehr Mittel für die Forschung an erwachsenen Stammzellen bereitgestellt. Adulte Stammzellen können aus einer Gewebeprobe eines Erwachsenen isoliert werden. Sie wurden hauptsächlich in studiert Menschen und Modellorganismen wie Mäuse und Ratten.

Abstammung

Um die Selbsterneuerung sicherzustellen, durchlaufen Stammzellen zwei Arten der Zellteilung (vgl Stammzellteilung und -differenzierung Diagramm). Symmetrische Teilung führt zu zwei identischen Tochterzellen, die beide mit Stammzelleigenschaften ausgestattet sind. Die asymmetrische Teilung hingegen produziert nur eine Stammzelle und eine Vorläuferzelle mit begrenztem Selbsterneuerungspotential. Vorfahren können mehrere Zellteilungsrunden durchlaufen, bevor sie sich endgültig zu einer reifen Zelle differenzieren. Es wird angenommen, dass der molekulare Unterschied zwischen symmetrischen und asymmetrischen Teilungen in der unterschiedlichen Trennung von Zellmembranproteinen (wie Rezeptoren) zwischen den Tochterzellen liegt.

Behandlungen

Medizinische Forscher glauben, dass die Stammzellenforschung das Potenzial hat, das Gesicht menschlicher Krankheiten zu verändern. Es gibt bereits eine Reihe aktueller Behandlungen, obwohl die meisten von ihnen nicht allgemein verwendet werden, da sie dazu neigen, experimentell und nicht sehr kosteneffektiv zu sein. Medizinische Forscher gehen davon aus, dass sie in der Lage sein werden, Technologien aus der Stammzellforschung zur Behandlung einzusetzen Krebs , Parkinson-Krankheit, Rückenmarksverletzungen und Muskelschäden, neben einer Reihe anderer Krankheiten, Beeinträchtigungen und Zustände. Allerdings bestehen noch große gesellschaftliche und wissenschaftliche Unsicherheiten rund um die Stammzellforschung, die möglicherweise durch öffentliche Debatten und zukünftige Forschung überwunden werden könnten.

Stammzellen werden jedoch bereits umfassend in der Forschung eingesetzt, und einige Wissenschaftler sehen die Zelltherapie nicht als erstes Ziel der Forschung, sondern sehen die Erforschung von Stammzellen als ein an sich würdiges Ziel an.

Kontroversen um die Stammzellenforschung

Es gibt eine weit verbreitete Kontroverse über die Stammzellenforschung, die von den Techniken ausgeht, die bei der Erzeugung und Verwendung von Stammzellen verwendet werden. Die Forschung an embryonalen Stammzellen ist besonders umstritten, da nach heutigem Stand der Technik der Start einer Stammzelllinie die Zerstörung eines menschlichen Embryos und/oder das therapeutische Klonen erfordert. Gegner der Forschung argumentieren, dass diese Praxis ein schlüpfriger Abhang zum reproduktiven Klonen und gleichbedeutend mit der Instrumentalisierung eines Menschen sei. Im Gegensatz dazu argumentieren medizinische Forscher auf diesem Gebiet, dass die Forschung an embryonalen Stammzellen fortgesetzt werden muss, da von den resultierenden Technologien ein erhebliches medizinisches Potenzial erwartet wird und dass die für die Forschung verwendeten Embryonen ohnehin nur solche sind, die zur Vernichtung bestimmt sind. Die darauf folgende Debatte hat Behörden auf der ganzen Welt dazu veranlasst, sich um regulatorische Rahmenbedingungen zu bemühen, und die Tatsache hervorgehoben, dass die Stammzellforschung eine soziale und ethische Herausforderung darstellt.

Wichtige Ereignisse in der Stammzellforschung

  • 1960er - Joseph Altman und Gopal Das legen Beweise für die Neurogenese bei Erwachsenen vor, eine anhaltende Stammzellenaktivität im Gehirn; Ihre Berichte widersprechen Cajals Dogma „keine neuen Neuronen“ und werden weitgehend ignoriert
  • 1963 - McCulloch und Till veranschaulichen das Vorhandensein von selbsterneuernden Zellen im Knochenmark von Mäusen
  • 1968 - Eine Knochenmarktransplantation zwischen zwei Geschwistern behandelt SCID erfolgreich
  • 1978 - Im menschlichen Nabelschnurblut werden hämatopoetische Stammzellen entdeckt
  • 1981 - Embryonale Stammzellen der Maus werden aus der inneren Zellmasse gewonnen
  • 1992 - Neurale Stammzellen werden kultiviert in-vitro als Neurosphären
  • Neunzenhundertfünfundneunzig - Präsident Bill Clinton unterzeichnet die Dickey-Änderung, die es untersagt, vom Bund bereitgestellte Mittel für Forschung zu verwenden, bei der menschliche Embryonen entweder erzeugt oder zerstört werden.
  • 1997 - Leukämie geht nachweislich von einer hämatopoetischen Stammzelle aus, dem ersten direkten Nachweis für Krebsstammzellen
  • 1998 - James Thomson und Mitarbeiter leiten die erste menschliche embryonale Stammzelllinie an der University of Wisconsin-Madison ab.
  • 2000er - Es werden mehrere Berichte über die Plastizität adulter Stammzellen veröffentlicht
  • 2003 - Dr. Songtao Shi vom NIH entdeckt eine neue Quelle für adulte Stammzellen in den Milchzähnen von Kindern
  • 2004-2005 - Hwang Woo-Suk behauptet, mehrere menschliche embryonale Stammzelllinien aus unbefruchteten menschlichen Eizellen erzeugt zu haben. Die Linien werden später als hergestellt gezeigt
  • 2005 - Forscher der Kingston University in England behaupten, eine dritte Kategorie von Stammzellen entdeckt zu haben, die aus Nabelschnurblut stammenden embryonalen Stammzellen (CBEs), die aus Nabelschnurblut stammen. Die Gruppe behauptet, dass diese Zellen in der Lage sind, sich in mehr Gewebetypen zu differenzieren als adulte Stammzellen.
  • 2001-2006 - Präsident George W. Bush unterstützt den Kongress der Vereinigten Staaten bei der Bereitstellung begrenzter Bundesmittel für die Forschung an embryonalen Stammzellen in Höhe von insgesamt etwa 100 Millionen US-Dollar. Gleichzeitig erlässt er auch Gesetze, die die vom Bund geförderte Stammzellforschung an embryonalen Stammzellen auf die bereits gewonnenen, aber schwindenden Zelllinien beschränken. Bush befürwortete auch die Finanzierung von insgesamt 250 Millionen Dollar für die Forschung an adulten und tierischen Stammzellen.
  • 19. Juli 2006 - Präsident George W. Bush legt sein Veto gegen H.R. 810 ein, eine Gesetzesvorlage, die das Gesetz aus der Clinton-Ära rückgängig gemacht hätte, das die Verwendung von Bundesgeldern für Forschung, bei der Stammzellen aus der Zerstörung eines Embryos gewonnen werden, illegal machte.