Über Stammzellen

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die eine Vielzahl von regenerativen Funktionen im menschlichen Körper erfüllen können. Sie können beispielsweise durch Differenzierung eine Vielzahl von Zellen erzeugen oder ersetzen, das Immunsystem regulieren und andere Zellen in ihrer natürlichen Umgebung stimulieren.

Stammzellen sind in allen Menschen von der Embryo/Fötus-Entwicklung (embryonale Stammzellen) und über die gesamte Lebenszeit bis zum Tod (adulte Stammzellen) vorhanden. Es gibt 5 allgemeine Arten von Stammzellen, die sowohl durch ihren Ursprung als auch durch ihre Fähigkeit, neue Zellen zu erzeugen, definiert sind.

• Totipotent: Diese Zelle, die auch als befruchtete Eizelle bezeichnet wird, entwickelt sich und wird zu allen anderen Zellen, wodurch ein menschliches Wesen entsteht.
• Pluripotent: Diese Stammzellen können sich in jede andere Art von Zelle differenzieren, sind jedoch nicht in der Lage, einen ganzen Organismus zu schaffen, wie es eine totipotente Zelle kann.
• Multipotent: Etwas eingeschränkter als pluripotente Zellen, die einer bestimmten Reihe von Zelltypen zugeordnet sind.
• Oligopotent: Diese Stammzellen ähneln den multipotenten Stammzellen und sind ebenfalls in der Lage, sich in eine bestimmte Reihe von Zelltypen zu differenzieren.
• Unipotent: Diese Stammzellen sind nur in der Lage, sich in einen einzigen Zelltyp zu differenzieren.

Embryonale Stammzellen (ESC) und adulte Stammzellen (ASC) sind zwei sehr unterschiedliche Kategorien von Stammzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. In jedem Individuum nach der Geburt finden Zellersatz und -regeneration in zwei Zusammenhängen statt: Erneuerung von natürlich absterbenden Zellen (Apoptose) und als Reaktion auf externe Verletzungen (verursacht durch Faktoren wie traumatische Verletzungen, Infektionen, Krebs, Infarkte, Toxine, Entzündungen usw.). Die an diesem Regenerationsprozess beteiligten Stammzellen sind die adulten Stammzellen (auch somatische Stammzellen genannt).

Adulte Stammzellen und embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen befinden sich in der inneren Zellmasse der Blastozyste, einer hauptsächlich hohlen Zellkugel, die sich beim Menschen drei bis fünf Tage nach der Befruchtung einer Eizelle durch ein Spermium bildet. Bei einer normalen Entwicklung entstehen aus den Zellen in der inneren Zellmasse die spezialisierten Zellen, aus denen der gesamte Körper – alle unsere Gewebe und Organe – hervorgeht. Embryonale Stammzellen sind pluripotent, d. h. sie können, wie bereits erwähnt, jeden Zelltyp im voll ausgebildeten Körper hervorbringen, nicht aber die Plazenta und die Nabelschnur.

Adulte Stammzellen (auch somatische Stammzellen genannt) sind stärker spezialisiert als embryonale Stammzellen. In der Regel können diese Stammzellen verschiedene Zelltypen für das spezifische Gewebe oder Organ, in dem sie leben, erzeugen. Es gibt viele verschiedene Arten von adulten Stammzellen, die alle ihre spezifischen regenerativen Funktionen haben. Aus blutbildenden (oder hämatopoetischen) Stammzellen können zum Beispiel rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen und Blutplättchen entstehen. Aus blutbildenden Stammzellen entstehen jedoch beispielsweise keine Leber- oder Lungenzellen, und aus Stammzellen in anderen Geweben und Organen entstehen keine roten oder weißen Blutkörperchen oder Blutplättchen. Einige Gewebe und Organe in Ihrem Körper enthalten kleine Vorräte an gewebespezifischen Stammzellen, deren Aufgabe es ist, Zellen aus diesem Gewebe zu ersetzen, die im normalen Alltag oder bei Verletzungen verloren gehen.

Wie wirken Stammzellen bei Verletzungen? – Homing

In der Stammzellforschung beschreibt das Wort „Homing“ die Fähigkeit von Stammzellen, ihren Bestimmungsort oder ihre „Nische“ zu finden. Während dieses Prozesses rufen geschädigte oder entzündete Gewebe zur Reparatur auf, indem sie Signale aussenden, von denen einige als Lockmittel für Stammzellen fungieren und diese zum verletzten Gewebe locken. Dies ist ein relativ schneller Prozess (gemessen in Stunden und nicht länger als 1-2 Tage).

Wie funktionieren Stammzellen bei der Gewebereparatur? – Direkte Differenzierung und parakrine Wirkung

Sobald die Stammzellen an den Ort der Verletzung gelangt sind, können sie ihre regenerative Wirkung über zwei verschiedene Mechanismen entfalten: Sie können eine direkte Differenzierung durchlaufen, um die verletzten Zellen direkt zu ersetzen, oder sie können die Geweberegeneration auch durch den parakrinen Effekt fördern.

Was ist also die Parakrine Sekretion? In der Stammzellforschung kann es durch den Prozess definiert werden, bei dem die Stammzellen Faktoren freisetzen, die als Signale für die umgebenden Zellen wirken und sie zwingen, ihr Verhalten zu ändern, um den Regenerationsprozess einzuleiten. Während dieses Prozesses tragen Stammzellen nicht zur Gewebeerneuerung durch direkte Differenzierung bei.

Warum ist der parakrine Effekt so wichtig?

In einer großen Anzahl von Studien über Stammzelltransplantationen beobachteten Forscher, dass beschädigtes Patientengewebe nach der Stammzelltransplantation durch einen Spender repariert wurde. Nach der Analyse des neu erzeugten Gewebes wurde jedoch festgestellt, dass die Spenderzellen nicht vorhanden waren. Die Wissenschaftler konnten dann nachweisen, dass es sekretierende Faktoren der Spenderstammzellen waren, die die patienteneigenen Zellen veranlassten, das Gewebe selbst zu reparieren. Es hat sich gezeigt, dass der größte Teil des Regenerationsprozesses durch parakrine Signalisierung und nicht durch direkte Differenzierung erreicht wurde.

Der Prakrine Mechanismus hat sich als sehr nützlich erwiesen. Die Vorteile der Parakrinen Signalisierung sind heute sehr deutlich zu erkennen. Das Wichtigste ist, dass die Spenderstammzellen zwar eine sehr begrenzte Lebensdauer haben, aber einen langfristigen Einfluss auf die Geweberegeneration haben, die lange nach der vollständigen Erschöpfung der Spenderstammzellen andauert.

Mehrere verschiedene Arten von Stammzellen können eine parakrine Reaktion hervorrufen, wie z. B. mesenchymale Stammzellen aus der Nabelschnur und Stammzellen aus Nabelschnurblut.

Was können Stammzellen durch direkte Differenzierung und parakrine Wirkung bewirken?

1. Beschädigtes Gewebe reparieren: Transplantierte Stammzellen haben die Fähigkeit, den Ruhezustand der Stammzellen im menschlichen Körper zu aktivieren und haben eine reparierende Wirkung auf das beschädigtesGewebe, das durch die Peroxidation und Stoffwechselabfall verursacht wurden. Ein Gleichgewicht zwischen freien Radikalen und Antioxidantien ist für die richtige physiologische Funktion notwendig. Wenn freie Radikale die Fähigkeit des Körpers sie zu regulieren überfordern, kommt es zu einem so genannten oxidativen Stress. Freie Radikale verändern so Lipide, Proteine und DNA negativ und lösen eine Reihe von Krankheiten aus. Stammzellen können auch in den Stress der freien Radikale eingreifen, um ihre normale Funktion wiederherzustellen.
2. Abgabe von Ernährungsfaktoren: Stammzellen können die Gewebeproliferation und -differenzierung innerhalb des geschädigten Gewebes fördern und die physiologischen Funktionen von Geweben und Organen wiederherstellen.
3. Die Immunfunktion regulieren: Durch Sekretion löslicher Faktoren und direkten Kontakt zur Regulierung der Vermehrung und Aktivität von Immunzellen sind Stammzellen in der Lage, die Entzündungsreaktion zu reduzieren.
4. Stoffwechselfunktion regulieren: Mit der Fähigkeit der multidirektionalen Differenzierung können Stammzellen die Effizienz des Stoffwechsels erhöhen und so den Betrieb und die Ausscheidung von Stoffwechselabfällen im Körper beschleunigen, um die Aufnahme von Nährstoffen zu fördern.

Darüber hinaus haben Studien gezeigt, dass die Parakrine Sekretion verstärkt wird, weil die Spenderzellen von dem beschädigten Gewebe angezogen werden. Die geschädigten Patientenzellen stoßen Zytokine aus (regulatorische Proteine, die als Vermittler fungieren, um eine Immunantwort zu erzeugen), die die Spenderzellen anzieht. Die Spenderzellen wiederum geben ihren eigenen Cocktail aus Proteinen ab, die die Stammzellen des Patienten stimulieren und helfen Entzündungen zu reduzieren, die Zellproliferation zu fördern und die Vaskularisation und den Blutfluss in die zu heilenden Bereiche erhöhen. Parakrine Effektzellen können auch Faktoren absondern, die den Tod von Patientenzellen aufgrund von Verletzungen oder Krankheiten hemmen.

Ein wichtiger dritter Parakriner Effekt ist ihre Fähigkeit, die Immunantwort, die bei der Abstoßung von Transplantaten oder bei Autoimmunerkrankungen auftritt, zu „dämpfen“. In diesem Fall können die Zellen direkt oder in Verbindung mit anderen Stammzellen zu therapeutischen Zwecken eingesetzt werden. So scheint beispielsweise die Anwendung von mesenchymalen Zellen zusammen mit Blutstammzellen während einer Knochenmarktransplantation die Transplantat-zu-Wirt Krankheit (Graft versus Host disease) zu reduzieren.

Ein Vorteil der Verwendung von Zellen gegenüber Medikamenten zur Förderung der Regeneration besteht darin, dass transplantierte Zellen auf ihre Umgebung reagieren und die Faktoren gemäß dem Bedarf und in der entsprechenden Konzentration absondern. Die Zellen können als „Drogenfabriken“ betrachtet werden, die sich an das reparierte Gewebe anpassen. Präklinische Studien haben die Wirksamkeit von mesenchymalen Zellen und Nabelschnurblutzellen bei der Behandlung von neuronalen, Herz-, Nieren- und Muskelerkrankungen gezeigt. Es gibt einige überzeugende Studien über die neuroprotektive Wirkung von Nabelschnurblutzellen.

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