Stammzellen und regenerative Medizin

medical dropper

Prof. Jacques Proust & Dr. Veronica Albertini

Nescens Zentrum für Präventivmedizin, Genolier Klinik, Genolier Schweizer Stammzellenbank, Tavern-Lugano

Mai 7, 2021

Unser Körper besteht aus Hunderten von Milliarden Zellen, und sie alle haben wichtige Funktionen. Die Stammzellen und die regenerative Medizin sind weit fortgeschritten und können so viel bewirken. Derzeit gibt es über 5000 klinische Studien mit Stammzellen. Natürlich gibt es unterschiedliche Quellen, und die Ergebnisse können variieren. Dadurch können mehr Krankheiten behandelt werden. So können beispielsweise hämatopoetische Stammzellen zur Behandlung bestimmter Leukämiearten oder zur Wiederherstellung der Zellen unseres Immunsystems nach einer Chemotherapie oder Bestrahlung verwendet werden. Stammzellen sind die Zukunft, denn sie sind die Grundlage der regenerativen Medizin.

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Um die Unversehrtheit unseres Organismus zu garantieren und sein ordnungsgemässes Funktionieren sicherzustellen, erneuern sich fast alle der 300›000 Milliarden Zellen, aus denen er besteht, ständig. Manche Zellen erneuern sich sehr schnell, andere deutlich langsamer. So wird die Schleimhaut im Verdauungstrakt alle 16 Stunden ausgewechselt, die Haut erneuert sich alle 4 Wochen, die roten Blutkörperchen alle 3 Monate und das menschliche Skelett alle 6 Jahre. Diese Erneuerung erfolgt durch Zellteilung, aus einer Mutterzelle entstehen zwei Tochterzellen.

Zu Beginn der 1980er-Jahre haben Forscher von der University of California in San Francisco und der University of Cambridge anhand von Mäuse-Embryonen Mutterzellen mit besonderen Eigenschaften isoliert, die heute als embryonale Stammzellen bekannt sind. Das grundlegende Merkmal dieser embryonalen Stammzellen ist ihre Fähigkeit, sich unbegrenzt immer wieder zu erneuern und sogenannte differenzierte Zellen zu bilden, die auf die Erfüllung zahlreicher, für die optimale Funktionsweise unseres Organismus erforderlicher Funktionen spezialisiert sind. Zudem konnten aus verschiedenen Geweben des Organismus Stammzellen isoliert werden, deren Differenzierungsfähigkeiten begrenzter sind als jene von embryonalen Stammzellen.

Zurzeit gibt es weltweit über 5›000 klinische Studien, bei denen Stammzellen aus verschiedenen Quellen zu unterschiedlichen Zwecken verwendet werden. Hämatopoetische Stammzellen (d. h. Stammzellen, die in der Lage sind, Blutzellen zu bilden), die aus dem Knochenmark von Erwachsenen oder aus der Nabelschnur von Neugeborenen isoliert wurden, können zur Behandlungen von Bluterkrankungen wie einigen Formen von Leukämie eingesetzt werden oder zur Wiederherstellung des Immunsystems nach einer Bestrahlung oder einer Chemotherapie im Rahmen einer Krebsbehandlung. Mesenchymale Stammzellen aus dem Knochenmark oder aus Fettgewebe können sich zu vielen verschiedenen Zelltypen weiterentwickeln (Nervenzellen, Muskelzellen, Gefässwandzellen, regulierende Zellen des Immunsystems, Zellen, die Knorpel oder Knochengewebe produzieren …). Diese Stammzellen können potenziell zur Behandlung bestimmter Krankheiten verwendet werden, die das HerzKreislauf-System, das Knochen-Gelenk-System, die Leber oder die Nieren betreffen, sowie zur Reparatur von Gehirn- und Knochenmarkverletzungen und zur Prävention von Abstossungsreaktionen bei Organtransplantationen.

Bei Klonexperimenten mit Säugetieren hat man herausgefunden, dass die DNA von Zellen aus dem Gewebe erwachsener Menschen alle notwendigen genetischen Informationen enthält, die zur Nachbildung eines neuen Individuums in all seiner Komplexität erforderlich sind. Adulte Zellen besitzen alle Fähigkeiten von embryonalen Stammzellen, werden jedoch durch die Unterdrückung oder Deaktivierung von bestimmten Genen in einem differenzierten Zustand (d. h. spezialisiert) erhalten. Ausgehend von dieser Beobachtung war es möglich, anhand von ausgereiften somatischen Zellen (z. B. Hautzellen) von einem erwachsenen oder sogar älteren Menschen Stammzellen zu erzeugen, die embryonalen Stammzellen ähneln, indem in diesen Zellen bestimmte schlafende ursprüngliche Gene reaktiviert wurden: Hierbei spricht man von «induzierten pluripotenten Stammzellen». Für diese Entdeckung, die die Stammzellenforschung revolutionierte, wurden John Gurdon und Shinya Yamanaka 2012 mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet. Die Vorteile dieser Zellen bestehen darin, dass sie bei allen Menschen «hergestellt» und tiefgefroren werden können, um sie später gezielt für eine individuelle therapeutische Behandlung zu nutzen. Diese Stammzellen, die von dem Menschen (Spender) stammen, bei dem sie später verwendet werden, lösen im Gegensatz zu allogenen Stammzelltransplantationen, bei denen Stammzellen eines fremden Spenders verwendet werden, keine Abstossungsreaktionen aus.

Induzierte pluripotente Stammzellen eröffnen somit die Perspektive einer personalisierten Medizin, in der der Patient seine eigene Therapie ist. Die Quellen für diese Zellen sind so gut wie unversiegbar und ihre Verwendung wirft im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen keine ethischen Fragen auf. Unabhängig von ihrem Ursprung bilden Stammzellen die Grundlage der regenerativen Medizin, deren Hauptziel es ist, fehlerhafte Zelllinien wiederherzustellen, defekte physiologische Systeme zu erneuern und beschädigtes Gewebe zu reparieren und zu rekonstruieren. Pathophysiologische Veränderungen in Verbindung mit der Alterung stellen ein grosses Anwendungsfeld für diese Zelltherapien dar. Zu den Merkmalen der Alterung zählen der Verlust von proliferativen Fähigkeiten und die Verknappung von somatischen Stammzellen, der Ursache für die ausbleibende Regeneration und die funktionalen Veränderungen der verschiedenen Gewebe des Organismus. Diese Vergreisung der somatischen Stammzellen zeigt sich am Beispiel der Haut, der Muskeln, des Gehirns und des blutbildenden Systems besonders deutlich. Vor kurzem wurde belegt, dass bei Hundertjährigen entnommene Fibroplasten (Zellen im Bindegewebe) in pluripotente Stammzellen umprogrammiert werden können. Besonders bemerkenswert hierbei ist, dass die umprogrammierten Zellen ihre Alterungsmarker im Laufe ihrer Differenzierung verloren haben und sich genauso verhielten wie die Kontrollzellen, die bei jungen Testpersonen entnommen wurden.

Die Fähigkeit, die Zeit dank der Umprogrammierung pluripotenter Gene zurückzudrehen, ist somit nunmehr Realität. Das erneute Einsetzen dieser zu pluripotenten Stammzellen umprogrammierten Zellen in gealterte Organismen wird in naher Zukunft eine neue Behandlungsstrategie für die Reparatur der diversen organischen Veränderungen in Verbindung mit der fortschreitenden Alterung darstellen.

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