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Stammzellen

Stammzellen sind Bausteine des Lebens

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: Auch bekannt als die befruchtete Eizelle, wird sich aus diese Zelle zu allen anderen Zellen im menschlichen Körper entwickeln.
  • Pluripotent: Diese Stammzellen können sich in jede andere Art von Zelle differenzieren, haben aber nicht die Fähigkeit, einen ganzen Organismus so zu bilden, wie es eine totipotente Zelle kann.
  • Multipotent: Diese in ihrer Differenzierungsfähigkeit gegenüber pluripotenten Zellen etwas eingeschränkten Stammzellen, können sich nur in bestimmte Zelltypen verwandeln.
  • Unipotent: Diese Stammzellen sind nur in der Lage, sich in einen Zelltyp zu differenzieren.
  • Unipotent: These stem cells are only able to differentiate into one type of cell.

Embryonale Stammzellen (ESC) und adulte Stammzellen (ASC) sind zwei sehr unterschiedliche Kategorien von Stammzellen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Bei jedem Menschen nach der Geburt findet der Zellersatz und die Zellregeneration in zwei Kontexten statt: a) der Erneuerung von natürlich sterbenden Zellen (Apoptose) und b) 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 und Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen sind die innere Zellmasse der Blastozyste, eine hauptsächlich hohle Kugel von Zellen, die sich beim Menschen drei bis fünf Tage nach der Befruchtung einer Eizelle durch ein Sperma bildet. In der normalen Entwicklung entstehen aus den Zellen innerhalb der inneren Zellmasse die spezialisierteren Zellen, aus denen der gesamte Körper hervorgeht – alle unsere Gewebe und Organe. Embryonale Stammzellen sind pluripotent, was, wie bereits erwähnt, bedeutet, dass sie jeden Zelltyp im voll ausgebildeten Körper hervorbringen können, aber nicht die Plazenta und die Nabelschnur.

Adulte Stammzellen (auch somatische Stammzellen genannt) sind spezialisierter als embryonale Stammzellen. Typischerweise 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 eigenen regenerativen Funktionen haben. So können beispielsweise blutbildende (oder hämatopoetische) Stammzellen zu roten Blutkörperchen, weißen Blutkörperchen und Blutplättchen führen. Blutbildende Stammzellen erzeugen jedoch keine Leber- oder Lungenzellen, und Stammzellen in anderen Geweben und Organen erzeugen keine roten oder weißen Blutkörperchen oder Blutplättchen. Einige Gewebe und Organe in Ihrem Körper enthalten kleine Caches von gewebespezifischen Stammzellen, deren Aufgabe es ist, Zellen aus diesem Gewebe zu ersetzen, die im normalen Alltag oder bei Verletzungen verloren gehen.

Homing, oder wie Stammzellen zu den verletzten Stellen finden 

In der Stammzellforschung beschreibt das Wort „Homing“ die Fähigkeit von Stammzellen, ihr Ziel oder ihre „Nische“ zu finden. Während dieses Prozesses fordert geschädigtes oder entzündetes Gewebe eine Reparatur, indem es Signale aussendet. Einige dieser Signale dienen als Anhaltspunkte für Stammzellen sich an das verletzte Gewebe zu binden. Dies ist ein relativ schneller Prozess (gemessen in Stunden und nicht länger als 1-2 Tage).

Wie Stammzellen durch direkte Differenzierung und Parakrine Sekretion Gewebe reparieren

Sobald die Stammzellen an die Verletzungsstelle gelangt sind, können sie ihre regenerative Wirkung durch zwei verschiedene Mechanismen entfalten: Sie können sich einer direkten Differenzierung unterziehen, um die verletzten Zellen direkt zu ersetzen, oder sie können  die Geweberegeneration 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 die Parakrine Sekretion 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 Nabelschnur-Stammzellen und Nabelschnurblutstammzellen.

Was können Stammzellen durch direkte Differenzierung und Parakrine Signalisierung leisten?

  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. 

FAQ

Beike Stammzellenforschung

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