⌘ Stammzellentherapie

[★ Ronald Johannes deClaire Schwab]

Als Stammzellentherapie werden Behandlungsverfahren bezeichnet, bei denen Stammzellen eingesetzt werden. Sie findet schon seit vielen Jahren bei der Behandlung verschiedener Krebserkrankungen, wie zum Beispiel bei Leukämien, Anwendung. Diese Indikationen sind unter dem Stichwort Stammzelltransplantation beschrieben.
https://de.wikipedia.org/wiki/Stammzelltherapie

Stammzellen sind Zellen, die in der Lage sind, eine Kopie von sich selbst hervorzubringen, indem sie sich teilen. Doch durch die Teilung entstehen nicht zwei neue Stammzellen, sondern es handelt sich um eine asymmetrische Zellteilung, bei der zwei verschiedene Zellen entstehen.
https://de.wikipedia.org/wiki/Stammzelle

Stammzelltypen
Als Stammzellen werden allgemein Körperzellen bezeichnet, die Kopien von sich selbst herstellen können und sich in verschiedene Zelltypen oder Gewebe ausdifferenzieren können. Je nach Art der Stammzelle und ihrer Beeinflussung haben sie das Potenzial, sich in jegliches Gewebe (embryonale Stammzellen) oder in bestimmte festgelegte Gewebetypen (adulte Stammzellen) zu entwickeln. Stammzellen sind in der Lage, Tochterzellen zu generieren, die selbst wiederum Stammzelleigenschaften besitzen.

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) werden aus der Blastozyste, einem frühen Embryonalstadium bei Säugetieren, isoliert. Bei der menschlichen Embryonalentwicklung entsteht die Blastozyste fünf bis sechs Tage nach der Befruchtung. Embryonale Stammzellen werden aus der inneren Zellmasse (Embryoblast) isoliert, aus der sich bei einer natürlichen Embryonalentwicklung der gesamte Organismus entwickelt. Bei der Gewinnung von embryonalen Stammzellen wird die Blastozyste zerstört. Übertragen in eine Zellkulturschale gelten embryonale Stammzellen als pluripotent, können also viele oder fast alle Zelltypen des ausgewachsenen Körpers bilden aber nicht mehr einen gesamten Organismus.

Fetale Stammzellen werden aus älteren, abgegangenen oder nach Schwangerschaftsabbruch gewonnenen Embryonen oder Föten (5 bis 9 Wochen alt) isoliert. Diese Stammzellen haben ein Potenzial, das im Übergang zwischen embryonalen und Gewebestammzellen liegt. Sie können sich nicht mehr wie die embryonalen Stammzellen in fast alle Zellen differenzieren. Sie wachsen aber dennoch schneller als Gewebestammzellen, die schon auf die Zelltypen eines bestimmten Gewebes festgelegt sind.

Gewebestammzellen (=Adulte Stammzellen) sind spezielle teilungsfähige Zellen in bereits ausgewachsenen Geweben. Sie dienen sowohl der Selbsterneuerung als auch der Entwicklung spezialisierter Zelltypen eines Gewebes. Ihr Differenzierungspotenzial ist auf die Ausreifung genetisch bestimmter Gewebe beschränkt, in dessen Umgebung („Nischen“) sie zu finden sind, also zum Beispiel in der Haut, der Leber, dem Darms oder dem blutbildenden (hämatopoetischen) System. Sie werden daher als multipotent bezeichnet, nicht als pluripotent

.

Humane embryonale Stammzellen (hES-Zellen) werden aus Zellen des frühen Embryos kultiviert. Zu Forschungszwecken gewinnt man heute in verschiedenen Ländern, zum Beispiel in Belgien und Großbritannien, embryonale Stammzellen aus überzähligen Embryonen künstlicher Befruchtungen (in-vitro-Fertilisation). Die Entnahme der hES-Zellen führt zum Verlust des Embryos. In Deutschland gilt die Herstellung von hES-Zellen auf diesem Weg für ethisch nicht vertretbar und ist verboten (Embryonenschutzgesetz). Eine Einfuhr von hES-Zellen für Forschungszwecke ist ebenfalls generell verboten, kann allerdings unter bestimmten Voraussetzungen erlaubt werden.
Die Genehmigungen hierzu erteilt das Robert Koch-Institut (RKI).

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) sind Stammzellen, die durch künstliche Reprogrammierung von menschlichen Körperzellen entstanden sind. Der japanische Wissenschaftler Shinya Yamanaka schleuste 2006 erstmals mit Hilfe von Viren die Gene  Oct4, Sox2, cMyc und Klf4 in Körperzellen von Mäusen ein und aktivierte so ruhende Entwicklungsgene. Auf diese Weise wurden Körperzellen in einen embryonalen Zustand zurückprogrammiert, also reprogrammiert (Takahashi und Yamanaka, 2006). Dies gelang dann ein Jahr später auch bei menschlichen Zellen.

Keimzellen sind Zellen, welche die Keimbahn bilden und schon im frühen Embryo für die Entstehung der nächsten Zellgeneration vorbestimmt sind. Während der embryonalen und späteren Entwicklung verändern sie sich nur wenig. Nur aus den Urkeimzellen der Keimdrüsenleiste (Vorläuferzellen von Ei- und Samenzellen) können unter Laborbedingungen noch pluripotente Stammzellen kultiviert werden. Im Körper gehen aus ihnen die haploiden Gameten, also die Spermien und Eizellen (Oozyten) hervor, die nach der Befruchtung eine diploide Zygote bilden. Es ist heute schon möglich, aus induzierten pluripotenten Stammzellen der Maus künstlich Spermien und Oozyten herzustellen und diese zur Befruchtung zu verwenden. Sollte dies in Zukunft auch mit menschlichen reprogrammierten Stammzellen gelingen, könnte ein menschlicher Embryo generiert werden, der nicht aus natürlichen Keimzellen entstanden ist. Diese Möglichkeiten könnten für einige Paare, die sonst keine Kinder bekommen können, interessant sein. Doch werfen sie viele neue ethische Fragen auf, die gesellschaftliche Diskussionen und rechtliche Regelungen erfordern.

Mesenchymale Stammzellen (Abkürzung: MSC, auf Englisch mesenchymal stem cells) sind Gewebestammzellen, die ihren Ursprung im Keimblatt des Mesoderms haben. Sie können aus Knochenmark, Fettgewebe und Nabelschnurgewebe isoliert werden. Sie werden auch als Stromazellen bezeichnet und haben große Ähnlichkeit mit Bindegewebszellen, den Fibroblasten. Es ist nachgewiesen, dass sich MSC in Chondrozyten (knorpelbildende Zellen), Osteoblasten (knochenbildende Zellen) und Adipozyten (Zellen des Fettgewebes) differenzieren können. Die Differenzierung dieser Zellen in Muskelzellen und Herzmuskelzellen wird in Wissenschaftlerkreisen kontrovers diskutiert. Oftmals werden die Begriffe adulte Stammzellen (Gewebestammzellen) und MSC gleichbedeutend verwendet. Allerdings sind die MSC verschiedener Gewebe nur eine von vielen Arten adulter Stammzellen, da auch Hautstammzellen, Darmstammzellen, Blutstammzellen und die Stammzellen aller Gewebe zu den adulten Stammzellen gehören. MSCs haben eine große Bedeutung bei der Entwicklung von Therapieansätzen mit Stammzellen und werden häufig in klinischen Studien verwendet. In vielen Fällen wird die Wirkung der Zellen nicht auf die Differenzierung in Gewebezellen, sondern auf die Unterstützung von körpereigenen Reparaturprozessen durch endogene Stammzellen zurückgeführt. Die Zellen geben dabei Faktoren ab, welche die Regeneration positiv beeinflussen.

Multipotente Stammzellen (multipotent, von lat. multus „viel“ und potentia „Vermögen, Kraft“) haben ein eingeschränktes Differenzierungspotential und dienen in den verschiedenen Geweben für den Ersatz abgestorbener Zellen und die Regeneration nach Verletzungen.

Pluripotente Stammzellen (pluripotent, von lat. plus „mehr“ und potentia „Vermögen, Kraft“) können durch Differenzierung alle Zelltypen der drei Keimblätter (Endoderm, Mesoderm und Ektoderm) und die Keimbahn bilden. Sie können jedoch kein extraembryonales Gewebe (Trophoblast) und damit keinen lebensfähigen Organismus bilden.

Totipotente Stammzellen (totipotent, von totus „ganz“ und potentia „Vermögen, Kraft“) sind in der Lage, durch Zellteilung einen kompletten, eigenständigen Organismus zu entwickeln. Nur in einem sehr frühen embryonalen Stadium von der befruchteten Eizelle bis zum 8-Zellstadium sind die Zellen totipotent.

Einsatzmöglichkeiten
    Frühkindliche Hirnschädigungen: Hirngeschädigte Kinder werden in laufenden klinischen Studien mit eigenem Nabelschnurblut behandelt.
    Typ-1-Diabetes: Erkrankte Kinder werden mit eigenem Nabelschnurblut behandelt, mit dem Ziel, unter anderem die Insulinabhängigkeit zu reduzieren.
    Aplastische Anämie: Kinder mit dieser Blutbildungsstörung werden mit ihrem eigenen Nabelschnurblut oder dem von gesunden Geschwistern behandelt, um die Blutbildung wieder zu normalisieren.
    Solider Tumor: Kinder mit Tumorerkrankungen erhielten nach Chemotherapien ihr eigenes Nabelschnurblut, um Blutbildung und Immunsystem wieder aufzubauen.
    Erworbener Hörverlust: In den USA werden derzeit Kinder mit erworbenem Hörverlust in einer klinischen Studie mit eigenem Nabelschnurblut behandelt, um die Hörfähigkeit zu regenerieren.
    Gentherapie bei schwerem Immundefekt (ADA-SCID): Mittels Gentransfer veränderte eigene Stammzellen aus Nabelschnurblut werden bei einer Studie in den USA eingesetzt, um einen angeborenen Immundefekt zu korrigieren.
    Blutkrebs: Bereits sehr häufig wird Nabelschnurblut bei Blutkrebs eingesetzt. Hier werden jedoch meist Stammzellen von gesunden Geschwistern oder Spendern genutzt. Das eigene Nabelschnurblut kommt bisher nur selten in
die bisherigen Forschungstrends zeigen eine eindeutig positive Richtung auf:
Forscher gehen davon aus, dass Stammzellen zukünftig auf unterschiedlichste Aufgaben „programmiert“ werden können. Das könnte bedeuten, dass mit den Stammzellen Ihres Kindes/Babys/Enkels später neue Organe, Knorpel, Bandscheiben etc. behandelt oder hergestellt werden könnten. So viel ist heute schon klar: Dazu eignen sich am besten junge, nicht vorgeschädigte Stammzellen, wie die aus dem Nabelschnurblut.
Forscher zeigen sich optimistisch, dass bereits in einigen Jahren oder Jahrzehnten Erkrankungen wie Diabetes, Parkinson, Alzheimer, Herzinfarkt, Hirnschlag, Knorpelschäden, Rückenmarksverletzungen und weitere Erkrankungen mit körpereigenen Stammzellen behandelt werden könnten.
Heute können Wissenschaftler Stammzellen herstellen, die fast unbegrenzt vermehrbar sind.
Blutstammzellen: Die Pioniere der Stammzellforschung
Stammzellen des Blutes sind historisch die ersten Stammzellen, die identifiziert wurden. Ihre Entdeckung in den 60'ern markierte den Beginn der Stammzell-Forschung. Noch heute lernen Forscher von Blutstammzellen und arbeiten daran, neue Methoden zu entwickeln, um sie in der Klinik anzuwenden.
Blutstammzellen
Stammzellen des Blutes werden auch hämatopoetische Stammzellen genannt. Wie andere Stammzellen auch können diese sich selbst erneuern bzw. kopieren. Des Weiteren können sie verschiedene Subtypen von spezialisierten Zellen des Blutes produzieren: sowohl rote, als auch die zahlreichen weißen Blutzellen, die wichtig sind für das Immunsystem des Körpers.
Viele spezialisierte Blutzellen leben nicht sehr lange, so dass der Körper sie kontinuierlich erneuern muss. Dank Blutstammzellen produziert der Körper beispielsweise jede Sekunde 2 Millionen rote Blutzellen (Erythrozyten). Blutstammstellen treten im Mark der Knochen auf, wie zum Beispiel in den Oberschenkelknochen, der Hüfte, den Wirbelknochen und dem Brustkorb. Sie können aber auch bei der Geburt aus der Nabelschnur und der Plazenta entnommen werden. Durch eine Behandlung mit spezifischen Faktoren wandern sie auch ins Blut und können mit dem Blut gewonnen werden.
Blutstammzellen und Krankheit
Blutstammzellen müssen genau die exakte Anzahl aller Blutzelltypen produzieren, um den Körper gesund zu halten. Dieser Prozess wird sehr genau kontrolliert. Wenn hierbei etwas außer Kontrolle gerät, kann dies zu Blutkrankheiten, wie Leukämie oder Anämie, führen.
Blutstammzellen werden schon häufig eingesetzt um derartige Krankheiten zu bekämpfen. Eine im Jahre 2008 durchführte Umfrage ergab, dass in Europa mehr als 26.000 Patienten pro Jahr mit Blutstammzellen, entweder den eigenen (autolog) oder fremden (allogen) behandelt wurden. Diese Blutstammzellen stammen aus drei unterschiedlichen Quellen: dem Knochenmark, der Blutbahn (peripheres Blut) eines Erwachsenen oder dem Nabelschnurblut:
    Sogenannte Knochenmark-Transplantate sind eigentlich Blutstammzell-Transplantate. Solche Transplantate können genutzt werden, um Patienten mit Blutkrankheiten, wie Leukämien, Lymphome oder Multiple Myelome zu behandeln. Hohe Dosen von Chemotherapeutika oder Bestrahlung vernichten die Blutstammzellen des Patienten. Dem Knochenmark eines gesunden Spenders werden intakte Blutstammzellen entnommen und dem Patienten transplantiert. Die Blutstammzellen des Spenders können dann im Patienten die Aufgabe übernehmen, neue Blutzellen zu bilden.
    Blutstammzellen können auch der Blutbahn entnommen werden. Hierfür werden spezielle Proteine zur Stimulierung der Blutstammzellen eingesetzt, so dass diese vom Knochenmark in die Blutbahn migrieren und auf diese Weise ausreichend Zellen für eine Transplantation isoliert werden können. Diese Stammzellen werden häufig für die Behandlung von Krebserkrankungen wie Leukämien und Lymphome genutzt.
    Blutstammzellen können nach der Geburt aus der Nabelschnur isoliert werden. Die Zellen können dann genutzt werden, um einige Bluterkrankungen, wie z.B. Leukämie, angeborene Immundefekte, Anämien oder Sichelzellerkrankungen von Kindern zu behandeln.
Aktuelle Forschung
Für die Forscher ist es immer noch wichtig, die Entwicklung von Blutstammzellen im Embryo noch genauer zu verstehen: wie funktioniert ihre Regulation im erwachsenen Körper und was ist die Ursache entsprechender Defekte bei unterschiedlichen Blutkrankheiten? Mit dem aktuellen Verständnis über Blutstammzellen erforschen sie somit auch neue Therapiemöglichkeiten.
Ein Knochenmarktransplantat ist nur möglich, wenn ein kompatibler Spender gefunden wird. Der Patient und der Spender müssen sehr sorgsam abgeglichen werden, um die Abstoßung des Transplantats durch das Immunsystem zu verhindern. Selbst wenn ein passender Spender gefunden wird, gibt es immer noch ein geringes Abstoßungsrisiko. Nabelschnurblut muss zwar nicht so sorgsam mit dem Patienten abgeglichen werden, jedoch liefert es für die Behandlung eines erwachsenen Patienten nicht genug Stammzellen. Deswegen müssen neue Alternativen erforscht werden. Forscher suchen nach Möglichkeiten, um große Mengen an Blutstammzellen im Labor zu produzieren. Zudem entwickeln sie auch Methoden um spezialisierte Blutzellen aus Blutstammzellen, wie zum Beispiel rote Blutzellen, zu züchten, die dann für eine Bluttransfusion genutzt werden können.
Die Zukunft
Rote Blutzellen aus embryonalen Stammzellen
Rote Blutzellen transportieren den lebensnotwendigen Sauerstoff. Bei Patienten, die viel Blut verlieren, muss dieses so schnell wie möglich durch eine Bluttransfusion ersetzt werden. Forscher arbeiten an der Entwicklung alternativer Methoden, da es nicht genug Blutspender gibt, um die Nachfrage zu decken. Da embryonale Stammzellen das Potenzial haben sich in jeden Zelltyp des Körpers zu entwickeln, könnten sie ein potenziell unlimitiertes Angebot an roten Blutzellen bereitstellen. Mittlerweile ist es Forschern schon gelungen, eine kleine Anzahl an roter Blutzellen aus embryonalen Stammzellen im Labor zu züchten. Derzeitig besteht die eigentliche Herausforderung darin, Techniken zur Produktion größerer Mengen roter Blutzellen zu einem bezahlbaren Preis zu etablieren.

Wie auch andere reife Blutzellen, so sind auch rote Blutzellen kurzlebig und auf bestimmte Funktionen spezialisiert. Für eine dauerhafte Heilung von Krankheiten, müssen Ärzte Zellen transplantieren, die neue Blutzellen produzieren: Blutstammzellen. Wissenschaftler suchen nach neuen Methoden zur unbegrenzten Züchtung von Blutstammzellen. Eine Möglichkeit, könnte die Entnahme von Stammzellen des Knochenmarks sein, um diese dann im Labor zu züchten und zu vervielfachen. Forscher versuchen zudem auch, Blutstammzellen aus embryonalen Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) zu züchten. Zur Produktion von Blutstammzellen könnten iPS Zellen aus Patienten-eigenen Hautzellen gewonnen. Dies würde zudem auch das Problem einer Abstoßung der Zellen durch das Immunsystems beheben.
Abbildung: Der Stammbaum des Blutes: Blutstammzellen sind der Ursprung aller Blutzelltypen. Nach der Teilung einer Blutstammzelle, können die Tochterzellen verschiedene Wege der Differenzierung beschreiten, um unterschiedlich spezialisierte Blutzellentypen zu produzieren.