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Stammzellen: Allheilmittel aus dem eigenen Körper?

Immer öfter werden bahnbrechende Ergebnisse im Bereich der Stammzellenforschung publiziert. Stammzellen gelten als Allheilmittel der Zukunft. Sie sollen Krankheiten heilen, die Herstellung von neuen Organen ermöglichen und die klinische Forschung revolutionieren. Auf der anderen Seite gibt es ethische Bedenken über die Nutzung von embryonalen Stammzellen und das Klonen. Das Thema Stammzellen in seiner Gesamtheit ist jedoch wesentlich komplexer als es in den Medien oft vermittelt wird.

Stammzellen: Was ist das genau?

Bei Stammzellen handelt es sich um ursprüngliche Zellen, die sich endlos teilen können, um neue Stammzellen zu bilden und sich zu verschiedenen Zelltypen spezialisieren können.

Stammzellen werden im europäischen Raum nach ihrer Differenzierungsfähigkeit unterschieden: unipotent (kann nur zu einem einzigen Zelltypus werden), multipotent (kann Zellen für ein oder wenige Gewebe bzw. Organe bilden), pluripotent (kann zu sämtlichen Zellen und Zelltypen werden) oder totipotent (kann den Organismus konstituierenden Zelllinien bilden).

Embryonale Stammzellen (pluripotent) sind Zellen, die im Frühstadium aus dem Embryo gewonnen werden und in ihrer Funktion noch nicht festgelegt sind. Sie können sich zu jedem menschlichen Gewebe entwickeln. Adulte Stammzellen (unipotent, multipotent) können nach der Geburt aus dem Blut, dem Nabelschnurblut oder dem Knochenmark gewonnen werden. Aus adulten Stammzellen können sich während des gesamten Lebens neue spezialisierte Zellen für ein oder mehrere Organe bilden. Die früheste Quelle dieser Stammzellen ist das Nabelschnurrestblut.

Die adulten Stammzellen aus dem Knochenmark können in blutbildende (hämatopoietische), gefäßbildende (endotheliale) und bindegewebsbildende (mesenchymale) Stammzellen unterschieden werden.

Gewinnung

Die Gewinnung von Stammzellen ist ein kompliziertes Unterfangen und befindet sich stetig im Wandel. Embryonale Stammzellen können aus wenigen Tagen alten Embryos entnommen oder durch Klonen erzeugt werden, zu dieser Form der Stammzellengewinnung gibt es jedoch große ethische Bedenken, daher ist die Stammzellengewinnung in den meisten europäischen Ländern untersagt. In Österreich ist die Gewinnung von embryonalen Stammzellen durch das Fortpflanzungsmedizingesetz geregelt. Es verbietet die Verwendung von „entwicklungsfähigen Zellen für andere Zwecke" als für medizinisch unterstützte Fortpflanzungen. Das Gesetz umfasst jedoch nicht den Import von im Ausland gewonnenen embryonalen Stammzellen. Die Bioethikkommission sprach sich 2009 in einer Stellungnahme für ein eigenes Stammzellenforschungsgesetz aus, dass die Forschungssituation klar definieren sollte und eine Lockerung im Umgang mit embryonalen Stammzellen forcierte. Dieser Empfehlung folgte jedoch keine Gesetzesaktivität.

In Großbritannien wurde erst kürzlich ein Vorstoß im Bereich der Stammzellenforschung gewagt. Die zuständige Behörde HFEA (Human Fertilisation and Embryology Authority) erlaubte Gen-Eingriffe an überschüssigen, lebensfähigen Embryos. Die Versuche dürfen an Embryonen bis zum Alter von sieben Tagen durchgeführt werden. Damit wollen Forscher die Erfolgsraten von künstlichen Befruchtungen steigern. Bevor das Forscherteam starten darf, muss jedoch noch eine Ethikkommission zustimmen.

Der Stand der Forschung

Der Fokus der aktuellen Forschung liegt neben neuen Methoden der Gewinnung von Stammzellen, in der Untersuchung des Differenzierungspotenzials, der Grundlagenforschung und in medizinisch-therapeutischen Ansätzen. Derzeit konzentriert sich der Großteil der Forschung auf die Grundlagenforschung. Hier werden entwicklungsbiologische Prozesse untersucht und die Spezialisierung sowie die Organisation von Zellen im Gewebe durchleuchtet.

Adulte Stammzellen sind dabei für die Forschung weniger interessant als embryonale Stammzellen, da sie im menschlichen Körper nur in sehr geringerem Ausmaß vorhanden sind, mit zunehmendem Alter abnehmen und nicht im gleichen Maße ausdifferenzieren können.

Seit 2006 gibt es jedoch die Möglichkeit adulte Zellen, das müssen keine Stammzellen sein, durch das Verfahren von Yamanaka in induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) rückzuprogrammieren. Durch diese Entwicklung eröffnete sich der Stammzellenforschung eine neue Quelle an pluripotenten Stammzellen, die ethisch unbedenklich ist, da die Zellen direkt vom Patienten entnommen werden und auch das Problem der Immunsuppression gelöst werden könnte. Das ursprünglich Verfahren zur Rückprogrammierung bediente sich eines Virus um vier zusätzliche Gene in die Zelle einzuschleusen und so die Zelle innerhalb von wenigen Wochen in eine künstliche Stammzelle zu verwandeln. Das Virus als Trägermedium barg jedoch die Gefahr von Fehlbildungen und des Übergangs von Virus-Bestandteilen ins Erbgut. In der Zwischenzeit ist es gelungen, die Gene ohne Virus zu indizieren und nach der Umwandlung in eine Stammzelle wieder zu entfernen. So konnten den embryonalen Stammzellen fast gleichwertig künstliche pluripotente Stammzellen geschaffen werden.

Die Stammzellenforschung verspricht großes Entwicklungspotenzial und wird daher von mehreren Seiten stark gefördert.

Innovationen

Eines der größten Probleme in der Stammzellenforschung, die Produktion von genug neuen Stammzellen auf ethisch vertretbarem Wege, scheint nun gelöst. Im Dezember 2015 verkündete das Team um die österreichischen Forscher Johannes Zuber und Konrad Hochedlinger, dass es gelungen sei, Gene zu identifizieren und auszuschalten, die die Information bewahren, was eine rückprogrammierte Zelle zuvor war. Es handelt sich dabei um Gene für Eiweißstoffe, die Chromatin-Regulatoren. Sie sind laut Zuber die „Grundlage für das sogenannte epigenetische Gedächtnis der Zellen". Durch die Hemmung des neuidentifizierten Chromatin-Zusammenbau-Faktor-Eins wird die Herstellung von rückprogrammierten Stammzellen vereinfacht, das Verfahren um mehr als die Hälfte beschleunigt (von neun auf vier Tage) und es können 50 – 200 Mal so viele Stammzellen gewonnen werden.

Anwendungsgebiete

Derzeit laufen verschiedenste Forschungsprojekte mit Stammzellen: so wird z.B. an einer neuen Therapie mit Fibroblasten aus iPS-Zellen für „Schmetterlingskinder" geforscht. Es ist bereits möglich hirn-, darm- und nierenähnliche „Organoide" aus menschlichen Stammzellen zu erzeugen, die bereits einige Funktionen des jeweiligen Organs erfüllen können und auch ähnlich aufgebaut sind. Zusätzlich konnten aus embryonalen und künstlichen Stammzellen bereits Minihirne gezüchtet werden, in denen die gleichen Gene wie in den Gehirnen von Ungeborenen aktiv sind, das könnte zukünftig die Erforschung der Gehirnentwicklung revolutionieren. Multipotente menschliche Stammzellen werden in klinischen Studien mit den Einsatzgebieten Morbus Crohn, Multiple Sklerose, Nierentransplantationen, Herzinfarkt, chronische Herzschwäche und chronisches Gelenksrheuma verwendet.

Ausblick

Bis iPS in der Medizin angewendet werden können, ist es noch ein weiter Weg. Derzeit kann die Zellteilung der künstlichen Stammzellen noch nicht kontrolliert werden, daher kommt es verstärkt zu Tumorbildungen. Doch für die Wissenschaft ergeben sich bereits jetzt zahlreiche neue Forschungsgebiete, die unsere Zukunft nachhaltig verändern könnten.

Wenn es nach den Forschern geht, soll es zukünftig mittels 3D-Druckern möglich sein, Gewebeteile und Organe individuell auf den Patienten abgestimmt aus körpereigenen Stammzellen zu drucken. Weitere Informationen zum Thema finden Sie hier:

News, Facts, Trends - Medizin der Zukunft: Organe aus dem Bio-Printer?

 

 

Quellen: APA, IHS, Cell, Euro Stem Cell, Lancet, MedUni Graz

 

Weitere Informationen

Cell: Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867406009767

IHS: Stammzellen und Embryonenschutz
https://www.bka.gv.at/DocView.axd?CobId=32188

MedUni Graz: Adulte Stammzellen – Hoffnungsträger der modernen Medizin
https://www.medunigraz.at/images/content/file/presse/folder/folder_stammzellen.pdf