Stammzellen

Forschung

Stammzellen

Ohne Stammzellen gäbe es weder den Menschen noch andere höher entwickelte Lebewesen. Die Erde würde vermutlich nur von Einzellern und anderen Mikroorganismen bevölkert. Es sind die Stammzellen, aus denen sich die verschiedenen Gewebetypen ausbilden, etwa die Haut, die Haare oder die Muskeln. Sie können den Bauplan für einen ganzen Menschen in sich tragen.

Die Alleskönner unter den Zellen

Baum auf einer grünen Wiese.

Der Stamm als Ursprung des Baumes

In einem Erwachsenen sorgen die Stammzellen dafür, dass er oder sie nicht so rasch altert. Die Zellen liefern den Nachschub an neuem, frischem Gewebe. Aber es gibt Unterschiede zwischen den Stammzellen.

Das Leben eines Menschen beginnt mit der Verschmelzung einer Eizelle mit einem Spermium. Die befruchtete Eizelle, die Zygote, beginnt sofort damit sich zu teilen und damit embryonale Stammzellen zu bilden: 2, 4, 8 und so weiter.

Aus den ersten acht bilden sich im Laufe der Schwangerschaft alle Körperzellen des Embryos. Bis zum 8-Zell-Stadium haben die Zellen noch das Potenzial, alle verschiedenen Gewebe ausbilden zu können: Blutzellen, Nervenzellen, Hautzellen oder Muskelzellen. Aus jeder dieser embryonalen Stammzellen kann sich theoretisch ein ganzer Organismus entwickeln. Forscher bezeichnen sie als totipotent.

Nach weiteren Zellteilungen war's das mit der Alleskönnerei: Die Zellen des Embryos können zwar noch immer die verschiedenen Zelltypen bilden - sie sind aber nicht mehr in der Lage, einen ganzen Organismus zu formen. Als pluripotent bezeichnen die Forscher diese Zellen. Am fünften Tag nach der Befruchtung ist eine Hohlkugel herangewachsen: Diese Blastozyste umhüllt die embryonalen Stammzellen, die sich immer weiter teilen.

Mediziner wollen mit Stammzellen Gewebe züchten

Eine Stammzelle unterm Mikrokop.

Blastocyste: Aus ihr gewinnen Forscher embryonale Stammzellen

Wissenschaftler suchen nach Wegen, die Stammzellen in der Medizin zu nutzen, etwa um bestimmte Zelltypen zu züchten. Ein Beispiel: Ein Patient hat Verbrennungen erlitten. Die Ärzte könnten ihm seine eigene Haut transplantieren oder die Haut im Labor aus Stammzellen heranzüchten.

Krankes Gewebe durch das gesunde aus dem Reagenzglas auszutauschen, das ist die Idee der Forscher. Mithilfe eines solchen Verfahrens ließen sich alle möglichen Krankheiten behandeln. In ersten Experimenten haben Wissenschaftler Herzmuskelzellen künstlich hergestellt, um damit vernarbtes Gewebe von Infarktpatienten zu ersetzen.

Die embryonalen Stammzellen stammen aus überschüssigen Embryonen, die während einer künstlichen Befruchtung entstehen. Die Reproduktionsmediziner erzeugen mehr Embryonen im Reagenzglas, als sie später in die Gebärmutter der Patientin einsetzen werden. An Tag fünf nach der Befruchtung nehmen die Forscher die Zellen aus der Blastozyste. In einer Nährlösung können sie sich dann noch unendlich oft teilen und jeden Zelltyp bilden.

Die Forschung an embryonalen Stammzellen ist umstritten, da die Wissenschaftler für ihre Gewinnung befruchtete Eizellen verwenden. Aus jeder dieser Zellen kann sich potenziell ein Mensch entwickeln. Wann aber beginnt das Leben eines Menschen?

Aus Sicht der Kirche mit dem Verschmelzen von Eizelle und Spermium. Bis 2002 durften Forscher in Deutschland daher weder embryonale Stammzellen gewinnen noch daran arbeiten. Sie sahen darin einen Wettbewerbsnachteil gegenüber jenen Ländern, in denen die embryonale Stammzellforschung erlaubt war.

Nach zähen Diskussionen erließ der Bundestag 2002 das Stammzellgesetz, das es Forschern erlaubt, embryonale Stammzellen aus dem Ausland zu beziehen. Mit der Einschränkung: Die Embryonen müssen ursprünglich für eine künstliche Befruchtung erzeugt worden sein. Bis heute dürfen Wissenschaftler in Deutschland keine Stammzellen gewinnen.

Aus Alt mach Neu: Adulte Stammzellen

Frau hat sich in den Finger geschnitten.

Nach einem Schnitt: Hautstammzellen sorgen für Heilung

Es ist ein wahres Massaker: Jede Sekunde sterben in einem Erwachsenen etwa 50 Millionen Zellen ab. Für den Ersatz sorgen adulte Stammzellen. Hautstammzellen bilden etwa neue Haut; die Stammzellen im roten Knochenmark erzeugen blutbildende Zellen; und auch im Muskelgewebe sind es Stammzellen, die neue Muskeln bilden.

Forscher nennen sie adulte - das heißt erwachsene - Stammzellen. Jedes Gewebe hat seinen dazugehörigen adulten Stammzelltyp. Doch im Gegensatz zu den embryonalen Stammzellen können diese Zellen sich nicht mehr in die verschiedenen Gewebetypen verwandeln.

Eine Hautstammzelle kann zwar verschiedene Hautzellen bilden, aber keine Nervenzellen. Stammzellen des Knochenmarks können rote Blutkörperchen, Blutplättchen und weiße Blutkörperchen bilden, aber keine Muskelzellen. Die adulten Stammzellen gelten als multipotent: Sie können viel, aber eben nicht mehr alles.

Und anders als embryonale Stammzellen können sich adulte Stammzellen nicht mehr unendlich oft vermehren. Ein Grund dafür, dass Menschen altern: Die Zellen verlieren im Laufe eines Lebens ihre Regenerationsfähigkeit.

Forscher widerlegt Dogma anhand von Froschzellen

Ein Fosch sitzt auf einem Stängel.

Forschungsobjekt: der Frosch

Einmal Spezialist, immer Spezialist? Dieses Dogma brachte der Engländer John Gurdon 1962 durch ein Experiment gehörig ins Wanken. Der Entwicklungsbiologe entnahm der Eizelle eines Froschs den Zellkern und damit das Erbgut. In die Eizelle spritzte er den Kern einer bereits spezialisierten Froschzelle, einer Froschdarmzelle.

Das Ergebnis: Aus der Eizelle entwickelte sich zunächst ein Embryo und anschließend ein ganzer Frosch. Der Kern der Darmzelle war in der Eizelle offenbar wieder in seinen Urzustand gebracht worden.

Aus dem Dornröschenschlaf erwacht

Porträtaufnahme von Shinya Yamanaka

Der Stammzellforscher Shinya Yamanaka

Eine bereits spezialisierte Zelle erwacht aus ihrem Dornröschenschlaf - wie kann das sein? Die Antwort darauf fand der Japaner Shinya Yamanaka etwa 40 Jahre nach Gurdon. Er entwickelte ein Verfahren, um die Zellen zu "resetten".

So lassen sich heute beispielsweise aus Hautzellen im Labor wieder neue Stammzellen gewinnen. Ganz ohne Eizellen.

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) nennen Forscher die künstlich erzeugten Stammzellen. Die iPS sind wie embryonale Stammzellen in der Lage, jeden der mehr als 200 verschiedenen Zelltypen im Körper eines Menschen zu bilden. 2012 erhielten John Gurdon und Shinya Yamanaka für ihre Entdeckungen den Medizin-Nobelpreis.

Die Forscher sind inzwischen weiter: Sie haben ein Verfahren entwickelt, mithilfe dessen sie eine Haut- direkt in eine Nervenzelle umwandeln können - ohne den Umweg über eine Stammzelle.

Das Verhalten der Zellen sowie mögliche Risiken werden noch überwiegend im Reagenzglas geprüft - und an Tieren. Erst im Sommer 2013 hat Japan grünes Licht für die weltweit ersten Klinikversuche gegeben: Forscher dürfen nun Netzhautzellen testen, die aus iPS gezüchtet wurden.

Die Mediziner wollen damit Patienten mit Altersblindheit behandeln. Die Krankheit galt bisher als unheilbar: Netzhautgewebe stirbt ab und führt zum Verlust der Sehschärfe. Die ersten Ergebnisse werden wohl noch etwas auf sich warten lassen: Nach der Injektion der künstlichen Netzhautzellen wollen die Forscher die Probanden vier Jahre lang beobachten.

Autorinnen: Inka Reichert/Sarah Weiss

Stand: 02.02.2016, 10:17

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