⚡ Stammzellenforschung: Verwendungen, Typen und Beispiele

Über Stammzellen

Stammzellen sind undifferenzierte, oder „leere“ Zellen. Das bedeutet, dass sie in der Lage sind, sich zu Zellen zu entwickeln, die in verschiedenen Teilen des Körpers zahlreiche Funktionen erfüllen. Die meisten Zellen im Körper sind differenzierte Zellen. Diese Zellen können nur einen bestimmten Zweck in einem bestimmten Organ erfüllen. Zum Beispiel sind die roten Blutkörperchen speziell darauf ausgerichtet, Sauerstoff durch das Blut zu transportieren.

Alle Menschen beginnen als eine einzige Zelle. Diese Zelle wird als Zygote oder befruchtete Eizelle bezeichnet. Die Zygote teilt sich in zwei Zellen, dann in vier Zellen und so weiter. Schließlich beginnen die Zellen, sich zu differenzieren und übernehmen in einem Teil des Körpers eine bestimmte Funktion. Dieser Prozess wird Differenzierung genannt.

Stammzellen sind Zellen, die sich noch nicht differenziert haben. Sie haben die Fähigkeit, sich zu teilen und eine unbestimmte Anzahl von Kopien von sich selbst herzustellen. Andere Zellen im Körper können sich nur eine begrenzte Anzahl von Malen replizieren, bevor sie beginnen, sich zu zerlegen. Wenn sich eine Stammzelle teilt, kann sie entweder eine Stammzelle bleiben oder sich in eine differenzierte Zelle, wie z.B. eine Muskelzelle oder ein rotes Blutkörperchen, verwandeln.

Mögliche Anwendungen von Stammzellen

Da Stammzellen die Fähigkeit haben, sich in verschiedene andere Zelltypen zu verwandeln, glauben Wissenschaftler, dass sie für die Behandlung und das Verständnis von Krankheiten nützlich sein können. Nach Angaben der Mayo-Klinik können Stammzellen dazu verwendet werden:

• in einem Laboratorium neue Zellen züchten, um beschädigte Organe oder Gewebe zu ersetzen
• Teile von Organen, die nicht richtig funktionieren, zu korrigieren
• Erforschung der Ursachen von genetischen Defekten in Zellen
• erforschen, wie Krankheiten entstehen oder warum sich bestimmte Zellen zu Krebszellen entwickeln
• neue Medikamente auf Sicherheit und Wirksamkeit zu testen

Arten von Stammzellen

Es gibt verschiedene Arten von Stammzellen, die für verschiedene Zwecke verwendet werden können.

Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen stammen von menschlichen Embryonen, die drei bis fünf Tage alt sind. Sie werden während eines Prozesses gewonnen, der In-vitro-Fertilisation genannt wird. Dabei wird ein Embryo im Labor und nicht im weiblichen Körper befruchtet. Embryonale Stammzellen werden als pluripotente Stammzellen bezeichnet. Diese Zellen können praktisch jede andere Zellart im Körper hervorbringen.

Nicht-embryonale (adulte) Stammzellen

Adulte Stammzellen haben einen irreführenden Namen, denn sie kommen auch bei Säuglingen und Kindern vor. Diese Stammzellen stammen aus entwickelten Organen und Geweben im Körper. Sie werden vom Körper verwendet, um geschädigtes Gewebe im selben Bereich, in dem sie sich befinden, zu reparieren und zu ersetzen.

Zum Beispiel sind hämatopoetische Stammzellen eine Art von adulten Stammzellen, die im Knochenmark gefunden werden. Sie bilden neue rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen und andere Arten von Blutzellen. Ärzte führen seit Jahrzehnten Stammzelltransplantationen, auch Knochenmarktransplantationen genannt, mit hämatopoetischen Stammzellen durch, um bestimmte Krebsarten zu behandeln.

Adulte Stammzellen können sich nicht in so viele andere Zelltypen differenzieren wie embryonale Stammzellen.

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)

Wissenschaftler haben kürzlich entdeckt, wie man adulte Stammzellen in pluripotente Stammzellen verwandeln kann. Diese neuen Zelltypen werden als induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) bezeichnet. Sie können sich im Körper zu allen Arten von spezialisierten Zellen differenzieren. Das bedeutet, dass sie potenziell neue Zellen für jedes Organ oder Gewebe produzieren können. Um iPSCs zu erzeugen, programmieren Wissenschaftler die adulten Stammzellen genetisch so um, dass sie sich wie embryonale Stammzellen verhalten.

Der Durchbruch hat einen Weg zur „Entdifferenzierung“ der Stammzellen geschaffen. Dies könnte sie für das Verständnis der Entstehung von Krankheiten nützlicher machen. Die Wissenschaftler hoffen, dass die Zellen aus der eigenen Haut hergestellt werden können, um eine Krankheit zu behandeln. Dies wird dazu beitragen, zu verhindern, dass das Immunsystem ein Organtransplantat abstößt. Die Forschung ist im Gange, um Wege zu finden, wie iPSCs sicher hergestellt werden können.

Nabelschnurblut-Stammzellen und Fruchtwasser-Stammzellen

Nabelschnurblut-Stammzellen werden nach der Entbindung aus der Nabelschnur gewonnen. Sie können in Zellbänken eingefroren werden, damit sie in Zukunft verwendet werden können. Diese Zellen wurden bereits erfolgreich zur Behandlung von Kindern mit Blutkrebs, wie z.B. Leukämie, und bestimmten genetischen Blutkrankheiten eingesetzt.

Stammzellen wurden auch im Fruchtwasser gefunden. Dies ist die Flüssigkeit, die ein sich entwickelndes Baby im Mutterleib umgibt. Es sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um die potenziellen Einsatzmöglichkeiten von Fruchtwasser-Stammzellen zu verstehen.

Kontroverse Stammzellenforschung

Adulte Stammzellen sind ethisch unbedenklich. In den letzten Jahren gab es jedoch Kontroversen über die Art und Weise, wie menschliche embryonale Stammzellen gewonnen werden. Während des Prozesses der Gewinnung embryotischer Stammzellen wird der Embryo zerstört. Dies wirft ethische Bedenken für Menschen auf, die glauben, dass die Zerstörung eines befruchteten Embryos moralisch falsch ist.

Die Gegner glauben, dass ein Embryo ein lebendiges menschliches Wesen ist. Sie sind der Meinung, dass die befruchteten Eizellen nicht für die Forschung verwendet werden sollten. Sie sind der Meinung, dass der Embryo die gleichen Rechte wie jeder andere Mensch haben sollte und dass diese Rechte geschützt werden sollten.

Befürworter der Stammzellenforschung glauben dagegen, dass die Embryonen noch keine Menschen sind. Sie stellen fest, dass die Forscher die Zustimmung des Spenderpaares erhalten, dessen Ei- und Samenzellen zur Erzeugung des Embryos verwendet wurden. Befürworter argumentieren auch, dass die bei der In-vitro-Fertilisation entstandenen befruchteten Eizellen ohnehin verworfen würden, so dass sie besser für die wissenschaftliche Forschung genutzt werden könnten.

Mit der bahnbrechenden Entdeckung der iPSCs könnte es weniger Bedarf an menschlichen Embryonen in der Forschung geben. Dies könnte dazu beitragen, die Bedenken derjenigen zu zerstreuen, die gegen die Verwendung von Embryonen für die medizinische Forschung sind. Wenn iPSCs jedoch das Potenzial haben, sich zu einem menschlichen Embryo zu entwickeln, könnten Forscher theoretisch einen Klon des Spenders erstellen. Damit stellt sich eine weitere ethische Frage, die zu berücksichtigen ist. In vielen Ländern gibt es bereits Gesetze, die das Klonen von Menschen effektiv verbieten.

Bundesbestimmungen zur Stammzellenforschung

In den Vereinigten Staaten hat sich die Bundespolitik bezüglich der Stammzellenforschung im Laufe der Zeit mit dem Amtsantritt verschiedener Präsidenten weiterentwickelt. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass keine Bundesverordnung die Stammzellenforschung in den Vereinigten Staaten jemals ausdrücklich verboten hat. Vielmehr haben die Vorschriften Beschränkungen für die öffentliche Finanzierung und Verwendung von Stammzellen eingeführt. Einige Bundesstaaten haben jedoch die Erzeugung oder Zerstörung menschlicher Embryonen für die medizinische Forschung verboten.

Stammzellpolitik unter Ex-Präsident George W. Bush

Im August 2001 verabschiedete der ehemalige Präsident George W. Bush ein Gesetz, das eine Bundesfinanzierung für begrenzte Forschung an embryonalen Stammzellen vorsieht. Diese Forschung musste jedoch die folgenden Kriterien erfüllen:

• Der Entnahmeprozess, der die Vernichtung des Embryos einschließt, wurde am 9. August 2001 vor 21.00 Uhr begonnen.
• Die Stammzellen wurden aus einem Embryo gewonnen, der zu Reproduktionszwecken erzeugt wurde und nicht mehr benötigt wurde.
• Für die Spende des Embryos wurde eine informierte Zustimmung eingeholt, und die Spende war nicht mit einer finanziellen Belohnung verbunden.

Stammzellenpolitik unter Präsident Barack Obama

Im März 2009 widerrief Präsident Barack Obama die Erklärung des früheren Präsidenten Bush und veröffentlichte die Executive Order 13505. Der Erlass hob die Beschränkungen der Bundesfinanzierung für die Stammzellenforschung auf. Dies ermöglichte es den National Institutes of Health (NIH), mit der Finanzierung von Forschung zu beginnen, bei der embryonale Stammzellen verwendet werden. Die NIH veröffentlichten daraufhin Richtlinien zur Festlegung der Politik, nach der sie die Forschung finanzieren würden. Die Richtlinien wurden verfasst, um sicherzustellen, dass jede von den NIH finanzierte Forschung an menschlichen Stammzellen moralisch verantwortlich und wissenschaftlich relevant ist.

Beispiele für Stammzellenforschung

Stammzellenforschung wird an Universitäten, Forschungseinrichtungen und Krankenhäusern auf der ganzen Welt betrieben. Die Forscher konzentrieren sich derzeit darauf, Wege zu finden, um zu kontrollieren, wie sich Stammzellen in andere Zelltypen verwandeln.

Der Prozess der Zelldifferenzierung

Ein primäres Ziel der Forschung an embryonalen Stammzellen ist es zu lernen, wie aus undifferenzierten Stammzellen differenzierte Stammzellen werden, die spezifische Gewebe und Organe bilden. Die Forscher sind auch daran interessiert, herauszufinden, wie sich dieser Differenzierungsprozess steuern lässt.

Im Laufe der Jahre haben Wissenschaftler Methoden entwickelt, um den Stammzellprozess so zu manipulieren, dass ein bestimmter Zelltyp entsteht. Dieser Prozess wird als gerichtete Differenzierung bezeichnet. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurden auch die ersten Schritte entdeckt, wie sich Stammzellen in Gehirnzellen und andere Zelltypen verwandeln. Weitere Forschungsarbeiten zu diesem Thema sind im Gange.

Zellbasierte Therapien

Wenn Forscher einen zuverlässigen Weg finden, die Differenzierung embryonaler Stammzellen zu steuern, können sie die Zellen möglicherweise zur Behandlung bestimmter Krankheiten einsetzen. Indem sie zum Beispiel die embryonalen Stammzellen so steuern, dass sie sich in insulinproduzierende Zellen verwandeln, können sie die Zellen möglicherweise Menschen mit Typ-1-Diabetes transplantieren.

Andere Krankheiten, die potenziell mit embryonalen Stammzellen behandelt werden können, sind

• traumatische Rückenmarkverletzung
• Schlaganfall
• schwere Verbrennungen
• Rheumatoide Arthritis
• Herzkrankheit
• Hörverlust
• Netzhauterkrankung
• Huntington-Krankheit
• Parkinson-Krankheit

Die kalifornische Stammzellenagentur bietet eine detaillierte Liste der Krankheitsprogramme und klinischen Studien, die derzeit in der Stammzellenforschung laufen. Beispiele für solche Projekte sind:

• die Injektion modifizierter Stammzellen direkt in das Gehirn nach einem Schlaganfall
• die Verwendung von Stammzellen als Ersatz für beschädigte Zellen im Innenohr, die Schall wahrnehmen und so zur Wiederherstellung des Hörvermögens beitragen
• die Gene von Stammzellen zu verändern, um sie gegen Krankheiten wie AIDS resistent zu machen, und sie dann in Menschen mit dieser Krankheit einzusetzen
• Kultivierung von Stammzellen zur Reparatur der zerbrechlichen Knochen von Menschen mit Osteoporose

Mit Stammzellen neue Medikamente testen

Forscher verwenden auch differenzierte Stammzellen, um die Sicherheit und Wirksamkeit neuer Medikamente zu testen. Durch die Prüfung von Medikamenten an menschlichen Stammzellen entfällt die Notwendigkeit, sie an Tieren zu testen.

Die Stammzellenforschung hat das Potenzial, einen bedeutenden Einfluss auf die menschliche Gesundheit zu haben. Es gibt jedoch einige Kontroversen über die Entwicklung, Verwendung und Zerstörung menschlicher Embryonen. Wissenschaftler können diese Bedenken möglicherweise zerstreuen, indem sie eine neue Methode anwenden, mit der adulte Stammzellen in pluripotente Stammzellen umgewandelt werden können, die sich in jeden beliebigen Zelltyp verwandeln können. Damit würde die Notwendigkeit embryonaler Stammzellen in der Forschung entfallen. Solche Durchbrüche zeigen, dass in der Stammzellenforschung große Fortschritte erzielt worden sind. Trotz dieser Fortschritte muss noch viel mehr getan werden, bevor Wissenschaftler erfolgreiche Behandlungen durch Stammzellentherapie entwickeln können.