Pluripotente Stammzellen: Ein patientenfreundlicher Leitfaden zu Wissenschaft, Hoffnung und Fortschritt

Inhaltsverzeichnis

• Wichtige Punkte
• Hintergrund: Was sind pluripotente Stammzellen?
• Wie dieser Überblick erstellt wurde
• Wichtige Meilensteine in der Stammzellgeschichte
• Die fünf grundlegenden Kategorien von Stammzellen
• Wie Wissenschaftler die Pluripotenz testen
• Embryonale Stammzellen (ESCs)
• Sehr kleine embryonale Stammzellen (VSELs)
• Stammzellen aus Kerntransfer (NTSCs) und Klonen
• Reprogrammierte Stammzellen (RSCs) und induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)
• Ein genauerer Blick: iPSCs aus Urin
• Klinische Implikationen und zukünftige Anwendungen
• Einschränkungen und ethische Überlegungen
• Zusätzliche Themen im ursprünglichen Überblick
• Empfehlungen und Hoffnung für Patienten
• Häufig gestellte Fragen
• Quelleninformationen

Wichtige Punkte

• Pluripotente Stammzellen können sich zu jedem der drei Keimblätter entwickeln: Ektoderm, Entoderm und Mesoderm.
• Aus dem Urin gewonnene iPSCs bieten eine nicht-invasive, einfache Möglichkeit, Stammzellen aus einer 30-ml-Probe zu erzeugen.
• Stammzelltherapien bergen Risiken wie die Bildung von Teratomen, genetische Instabilität und mögliche Immunabstoßungen.
• Nur Stammzellen aus Kerntransfer haben ein vollständiges Organismus hervorgebracht, wie beispielsweise geklonte Affen im Jahr 2018.
• Einige Stammzellbehandlungen, wie Netzhaut- und Rückenmarkstransplantationen, befinden sich bereits in frühen klinischen Studien.

Hintergrund: Was sind pluripotente Stammzellen?

Pluripotente Stammzellen sind die „Master-Zellen“ des Körpers. Sie besitzen zwei definierende Eigenschaften: Selbsterneuerung (die Fähigkeit, sich zu teilen und weitere Stammzellen zu erzeugen) und Potenz (die Fähigkeit, sich zu spezialisierten Zelltypen zu differenzieren).

Spezifisch können diese Zellen sich in jedes der drei primären Keimblätter entwickeln, aus denen alle menschlichen Gewebe bestehen: Ektoderm (Haut, Gehirn und Nervensystem), Entoderm (Lunge, Leber und Verdauungstrakt) und Mesoderm (Muskel, Knochen und Blut). Diese unglaubliche Flexibilität macht PSCs zu einem leistungsstarken Werkzeug für die Medizin.

Durchführung dieser Übersicht

Der Artikel ist eine systematische Übersicht, was bedeutet, dass die Autoren – Forscher der Rush University Medical College in Chicago – Erkenntnisse aus zahlreichen veröffentlichten wissenschaftlichen Studien gesammelt, analysiert und zusammengefasst haben. Anstatt ein neues Experiment durchzuführen, haben sie die vorhandenen Beweise überprüft, um einen „großen Überblick“ über die Stammzellforschung zu bieten. Die Übersicht konzentriert sich auf 15 Schlüsselbereiche, die alles von den Quellen der PSCs bis hin zu aktuellen ethischen Kontroversen abdecken.

Wichtige Meilensteine in der Geschichte der Stammzellforschung

Die Reise begann vor mehr als einem halben Jahrhundert. Im Jahr 1961 beschrieben die Ärzte James A. Till und Ernest A. McCulloch an der Universität von Toronto in Kanada erstmals Stammzellen. Sie entdeckten, dass Zellen aus dem Knochenmark von Mäusen sich in verschiedene Zelltypen differenzieren können, und nannten diese pluripotente Stammzellen.

Jahrzehnte später wurde im Jahr 1996 Dolly das Schaf als erstes Säugetier aus einer adulten Zelle geklont, indem eine Technik namens somatischer Zellkerntransfer (SCNT) verwendet wurde. Dies erfolgte durch Keith Campbell, Ian Wilmut und Kollegen am Roslin Institute in Schottland. Dolly’s Erschaffung bewies, dass das genetische Material einer reifen Zelle auf einen embryonalen Zustand „zurückgesetzt“ werden kann.

Im Jahr 1998 wurden die ersten menschlichen embryonalen Stammzellen (hESCs) von James Thomson in den Vereinigten Staaten isoliert. Dann ereignete sich im Jahr 2006 ein großer Durchbruch: Shinya Yamanaka und Kollegen leiteten induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) aus adulten Zellen ab, indem sie diese mit nur vier grundlegenden Transkriptionsfaktoren umprogrammierten – Oct4, Sox2, Klf4 und c-Myc. Diese Leistung war bemerkenswert, weil ursprünglich nur 24 Kandidatenfaktoren getestet wurden und nur vier davon essentiell waren. Im Jahr 2012 erhielten Yamanaka und John Gurden den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre Entdeckung, dass reife Zellen in einen pluripotenten Zustand umprogrammiert werden können.

Seitdem ist die Stammzellforschung zu einem aufregenden und vielversprechenden Feld aufgeblüht, wobei Wissenschaftler angeborene adulte Stammzellen in mehreren Organen gefunden und immer fortschrittlichere Technologien entwickelt haben.

Die fünf grundlegenden Kategorien von Stammzellen

Nach der systematischen Überprüfung der Forschung schlagen die Autoren vor, dass alle Stammzellen in fünf grundlegende Kategorien eingeteilt werden können. Jeder Typ hat einen einzigartigen Ursprung, eine Produktionsmethode und ein potenzielles Anwendungsfeld in der Medizin:

1. Embryonale Stammzellen (ESCs): Abgeleitet von Embryonen im frühen Stadium (Blastozysten).
2. Sehr kleine embryonale Stammzellen (VSELs): winzige, primitive Zellen, die in adultem Gewebe gefunden werden.
3. Stammzellen aus Kerntransfer (NTSCs): Entstehen durch die Übertragung eines Zellkerns einer Spenderzelle in eine Eizelle, deren eigener Zellkern entfernt wurde.
4. Reprogrammierte Stammzellen (RSCs): Adulte Zellen, die im Labor genetisch „zurückgedreht“ wurden (umfasst iPSCs).
5. Adulte Stammzellen (ASCs): Gewebespezifische Stammzellen, die im Körper vorkommen.

Laut der Übersichtsarbeit wurden bisher nur NTSCs eingesetzt, um einen vollständigen Organismus zu erzeugen—in China wurden 2018 Affen aus NTSCs gezüchtet. ESCs, iPSCs und adulte Stammzellen wurden bisher lediglich zur Erzeugung von Geweben und Organen, nicht jedoch ganzer Tiere, verwendet.

Wie Wissenschaftler die Pluripotenz testen

Um zu bestätigen, dass eine Stammzelle tatsächlich pluripotent ist, verwenden Forscher drei wichtige in-vivo-Tests (innerhalb eines lebenden Organismus) an Mäusen, wie von Aoi (2016) zusammengefasst:

• Teratombildungsassay: Stammzellen werden in immunsupprimierte Mäuse transplantiert, und die Wissenschaftler prüfen, ob die Zellen spontan differenziertes Gewebe aus allen drei Keimblättern bilden. Dies beweist, dass die Zellen viele verschiedene Zelltypen hervorbringen können.
• Chimärenbildungsassay: Stammzellen werden in Embryonen im frühen Stadium (sogenannte 2N-Blastozysten) injiziert. Die daraus resultierenden „Chimären“ werden dann gezüchtet. Wenn die Spenderzellen zum Keimbahnbeitrag beitragen—das heißt, sie können funktionale Spermien oder Eizellen produzieren—and normale Chromosomen beibehalten, haben die Zellen „funktionale Pluripotenz“.
• Tetraploid-Komplementationsassay (4N): Dies ist der strengste Test. Stammzellen werden in 4N-Embryonen (tetraploide Blastozysten) injiziert. Wenn die getesteten Zellen den gesamten Organismus—including des Embryos selbst—erzeugen können, während der 4N-Embryo nur zu extraembryonalen Geweben beiträgt, sind die Zellen tatsächlich pluripotent.

Diese Assays sind entscheidend, um festzustellen, ob eine neue Stammzelllinie sicher und für zukünftige Therapien nutzbar ist.

Embryonale Stammzellen (ESCs)

Humane embryonale Stammzellen (hESCs) werden aus Blastozysten im frühen Stadium gewonnen—etwa 4 bis 5 Tage nach der Befruchtung—durch Zerstörung der Quellblastozyste. Sie können auch aus späteren Geweben erhalten werden (bis zu einem Schwangerschaftsalter von maximal 3 Monaten). hESCs waren die ersten in der Forschung verwendeten Stammzellen und werden bis heute häufig in klinischen Studien eingesetzt, wie auf clinicaltrials.gov aufgeführt.

Da ihre Gewinnung jedoch die Zerstörung menschlicher Embryonen erfordert, werfen hESCs erhebliche ethische Bedenken auf. Diese Bedenken sind ein Hauptgrund dafür, dass Wissenschaftler daran gearbeitet haben, alternative Quellen für pluripotente Zellen zu entwickeln.

Sehr kleine embryonale Stammzellen (VSELs)

VSELs wurden 2006 von Ratajczak und Kollegen identifiziert. Seitdem haben mehr als 20 unabhängige Labore ihre Existenz bestätigt, obwohl einige Gruppen dies weiterhin infrage stellen.

Wie der Name schon sagt, sind diese Zellen sehr klein—etwa 3 bis 5 Mikrometer bei Mäusen und 5 bis 7 Mikrometer beim Menschen (etwas kleiner als rote Blutkörperchen). Sie kommen in adulten Geweben vor und teilen einige Marker mit embryonalen Stammzellen, wie SSEA, nukleäres Oct-4A, Nanog und Rex1. Sie exprimieren auch Marker, die typisch für wandernde primäre Keimzellen (Zellen, die zu Eizellen oder Spermien werden) sind, wie Stella und Fragilis.

Nach Ratajczaks Modell von 2019 stammen VSELs aus primären Keimzellen (PGCs) und können sich in drei mögliche Schicksale differenzieren:

• Mesenchymale Stammzellen (MSCs) – unterstützen die Gewebereparatur
• Hämangioblasten – diese umfassen hämatopoetische Stammzellen (HSCs) und endotheliale Vorläuferzellen (EPCs), die bei der Bildung von Blut und Blutgefäßen helfen
• Gewebe-spezifisch festgelegte Stammzellen (TCSCs) – Zellen, die bereit sind, sich zu spezifischen Geweben zu entwickeln

Da VSELs in adulten Geweben vorkommen, könnten sie die mit embryonalen Stammzellen verbundenen ethischen Probleme vermeiden, und sie sind möglicherweise auch weniger wahrscheinlich Teratome (Tumore) zu bilden als iPSCs. Aus diesen Gründen gelten sie als vielversprechende Alternative für zukünftige Stammzellbehandlungen.

Stammzellen aus Kerntransfer (NTSCs) und Klonen

Die somatische Zellkerntransfer (SCNT)-Technik wurde erstmals 1996 mit dem Schaf Dolly als möglich nachgewiesen. Der Prozess beginnt damit, dass eine vollständig differenzierte adulte Zelle (wie ein Fibroblast) entnommen und ihr Zellkern – der die DNA enthält – in eine Eizelle eingesetzt wird, der zuvor ihr eigener Zellkern entfernt wurde. Die Eizelle „reprogrammiert“ dann den Spendernzellkern so, dass er sich wie ein frühes Embryo verhält. Nach mehreren Teilungen entwickelt sich die Zelle zu einem Blastozysten mit etwa 100 Zellen und kann schließlich zu einem Organismus heranwachsen, der fast ein identischer Klon des ursprünglichen Spenders ist.

Diese Technik kann für zwei Zwecke genutzt werden:

• Reproduktives Klonen: Erschaffen eines ganzen lebenden Tieres.
• Therapeutisches Klonen: Erzeugen von Stammzellen für medizinische Behandlungen.

Seit Dolly wurden etwa zwei Dutzend weitere Arten geklont. Im Januar 2018 gaben Wissenschaftler in Shanghai, China, bekannt, dass sie erfolgreich fötale Fibroblasten genutzt hatten, um zwei weibliche Makakenaffen zu klonen – die ersten jemals mittels SCNT geklonten Primaten.

Warum ist das für Patienten relevant? Das Klonen von Primaten könnte helfen, genetisch einheitliche Tiermodelle zu schaffen, die menschliche Erkrankungen eng nachahmen. Dies würde es erleichtern, Krankheitsmechanismen zu studieren und neue Medikamente zu testen, wodurch die Anzahl der benötigten Tiere reduziert werden kann. Es könnte auch mit CRISPR-Cas9-Geneditierung kombiniert werden, um Primatenmodelle für menschliche Erkrankungen wie Morbus Parkinson und verschiedene Krebsarten zu erstellen. Pharmazeutische Unternehmen haben bereits großes Interesse an geklonten Affen für Arzneimitteltests gezeigt, und die Stadt Shanghai finanziert ein Internationales Primaten-Forschungszentrum, das diese Tiere weltweit bereitstellt.

Ein besonderer Vorteil von NTSCs ist, dass sie einen kompletten lebenden Organismus erzeugen können, während ESCs und iPSCs typischerweise genutzt werden, um Zellverbände, Gewebe oder Organteile zu züchten. Aus biophysikalischer Sicht verleiht dies dem SCNT einen einzigartigen Vorteil in der Grundlagenforschung und in klinischen Anwendungen.

Reprogrammierte Stammzellen (RSCs) und induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs)

Seit Yamanakas bahnbrechender Entdeckung im Jahr 2006 haben sich Reprogrammierungstechnologien dramatisch weiterentwickelt. Forscher können nun direkt eine adulte Zellart in eine andere umwandeln, indem sie linienbeschränkte Transkriptionsfaktoren (Proteine, die spezifische Gene aktivieren), RNA-Signalmodifikationen und Kleinstmoleküle oder Chemikalien nutzen. Dies wird als „direkte Reprogrammierung“ bezeichnet.

Die direkte Reprogrammierung kann die iPSC-Phase vollständig umgehen und Zellen erzeugen, die dem Zielzelltyp bereits nahekommen. Ein Beispiel ist die Erschaffung von induzierten neuralen Vorläuferzellen (iNPCs), die sich dann zu Neuronen und Motoneuronen entwickeln können. Diese Zellen werden durch die Expression von Transkriptionsfaktoren gebildet, die für die neuronale Entwicklung wichtig sind, und bieten einen schnelleren und möglicherweise sichereren Weg zur Herstellung von Zellen zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen oder neurologischen Erkrankungen.

Reprogrammierte Stammzellen (RSCs) umfassen alle Stammzellen, die durch manuelle Laborverfahren erstellt wurden, die die genetischen Signale primärer Zellen „umschreiben“ – mit Ausnahme von SCNT, das separat klassifiziert wird.

Ein genauerer Blick: Urin-abgeleitete iPSCs

Eine der patientenfreundlichsten Neuerungen ist die Fähigkeit, iPSCs aus Harn zu erstellen. Diese Methode wurde erstmals von Zhou und Kollegen im Juli 2011 beschrieben, wobei ein Jahr später ein detaillierteres Protokoll veröffentlicht wurde. Sie hat mehrere große Vorteile:

• Nicht-invasiv: Es sind keine Nadeln oder Operationen erforderlich.
• Einfach und schnell: Der gesamte Prozess dauert etwa 2 Wochen Zellkultur, gefolgt von 3–4 Wochen Reprogrammierung.
• Günstig und universell einsetzbar: Es funktioniert mit nur einer 30-ml-Harnprobe und ist für Patienten jeden Alters, Geschlechts und jeder rassischen/ethnischen Herkunft geeignet.
• Hohe Ausbeute und hervorragendes Differenzierungspotenzial: In einer Studie unter Verwendung von 200 ml sauberem Mittelstrahlharn und dem Sendai-Virus-Transportsystem zeigten urin-abgeleitete iPSCs einen normalen Karyotyp (normale Chromosomenstruktur) und die Fähigkeit, sich in allen drei Keimblättern in einem Teratombildungsassay zu differenzieren.

Harn enthält außerdem eine Teilpopulation von Zellen mit Vorläufermerkmalen, wie Zhang und Kollegen berichteten. Diese Zellen exprimieren Marker wie c-Kit, SSEA4, CD105, CD73, CD91, CD133 und CD44, die helfen können, zwischen Blasen-Zelllinien (Urothel-, glatte Muskulatur-, Endothel- und Interstitiumzellen) zu unterscheiden. Dies bedeutet, dass Harn als wertvolle und leicht zugängliche Quelle von Zellen für den Aufbau von Blasengewebe oder anderen urologischen Therapien dienen könnte.

Klinische Implikationen und zukünftige Anwendungen

Stammzellen – insbesondere embryonale Stammzellen (ESCs) und induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) – haben ein enormes Potenzial in vier Hauptbereichen:

1. Regenerative Medizin und Transplantationsmedizin: Ersatz von geschädigtem Gewebe oder Organen, wie Herzmuskelgewebe nach einem Herzinfarkt, Netzhautzellen bei altersbedingter Makuladegeneration oder Nervenzellen bei Rückenmarksverletzungen.
2. Krankheitsmodellierung: Erzeugung von Zellen im Labor, die die genetischen Mutationen eines Patienten tragen, sodass Wissenschaftler Krankheiten wie Morbus Parkinson oder Krebs genauer untersuchen können.
3. Arzneimittelforschung und -testung: Testung neuer Medikamente an patientenspezifischen Zellen, um zu identifizieren, welche Arzneimittel vor klinischen Studien am wirksamsten und sichersten sind.
4. Entwicklungsbiologie des Menschen: Verständnis der Entwicklung eines einzelnen befruchteten Eis zu einem komplexen Organismus, was Aufschluss über die Ursachen von Fehlbildungen und Fehlgeburten geben kann.

Die Übersicht betont, dass diese Anwendungen bereits von der „grundlegenden Forschung“ in die „präklinische Forschung“ und in einigen Fällen in frühe klinische Studien übergehen – wie etwa Transplantationen von Netzhautzellen oder Rückenmarkszellen.

Einschränkungen und ethische Aspekte

Trotz des großen Versprechens bestehen weiterhin mehrere Herausforderungen:

• Teratoma-Risiko: Sowohl ESCs als auch iPSCs können Teratome (Tumoren) bilden, wenn undifferenzierte Zellen nach der Transplantation verbleiben. Dies ist eine wichtige Sicherheitsbarriere, die vor einem breiten klinischen Einsatz überwunden werden muss.
• Genetische Instabilität: iPSCs können während der Reprogrammierung oder bei langfristiger Kultivierung genetische Mutationen erwerben. Die Aufrechterhaltung der genomischen Stabilität ist für die Patientensicherheit entscheidend.
• Immunologische Abstoßung: Selbst bei patienteneigenen iPSCs kann es zu subtilen immunologischen Unterschieden kommen. Da iPSCs jedoch vom Patienten selbst gewonnen werden können, ist das Risiko einer Abstoßung im Vergleich zu Spenderzellen erheblich reduziert.
• Ethische Bedenken: Die Verwendung menschlicher Embryonen zur Gewinnung von ESCs bleibt ethisch umstritten. Das Klonen von Primaten wirft zudem schwerwiegende ethische Fragen im Hinblick auf das Tierwohl und die potenzielle zukünftige Anwendung des Klonens beim Menschen auf. Die Übersicht betont, dass ethische Diskussionen mit den wissenschaftlichen Fortschritten Schritt halten müssen.
• Wissenschaftliche Skepsis: Wie bei VSELs sind einige Erkenntnisse in der Stammzellenforschung noch umstritten. Replikation und unabhängige Bestätigung sind unerlässlich.

Zusätzliche Themen der ursprünglichen Übersicht

Die vollständige Übersicht behandelt zudem mehrere fortgeschrittene Themen, die im Abstract hervorgehoben, aber im hier bereitgestellten Zusammenfassungstext nicht detailliert erläutert wurden. Dazu gehören:

• In-vivo-Direktreprogrammierung der nächsten Generation: Das Konzept, Zellen direkt im Körper und nicht in einer Laborzelle umzuwandeln.
• Zelltypen aus PSCs und genetisches Gedächtnis: Wie differenzierte Zellen ein „Gedächtnis“ ihres ursprünglichen Zustands bewahren, was ihr Verhalten beeinflussen kann.
• Induktion der Pluripotenz durch genomische Modifikationen: Einsatz genetischer Ingenieurtechniken, um Zellen zurück in einen pluripotenten Zustand zu führen.
• Konstruktion von Vektoren mit Kombinationen von Reprogrammierungsfaktoren: Entwicklung sichererer und effizienterer Transportsysteme (wie Viren oder Episomen) zur Übertragung der Yamanaka-Faktoren.
• Steigerung der Pluripotenz durch kleine Moleküle und genetische Signalwege: Einsatz von Medikamenten oder Chemikalien, die Signalwege wie ERK, MAPK, MEK, GSK3, BMP, TGF und FGF beeinflussen, um die Reprogrammierung zu verbessern.
• Auslösung der Zellreprogrammierung durch RNA-Signalgebung: Verwendung von microRNAs oder anderen RNA-Molekülen, um die Reprogrammierung auszulösen, ohne die DNA selbst zu verändern.
• Auslösung und Steigerung der Pluripotenz durch Chemikalien: Identifizierung von chemischen Cocktails, die genetische Faktoren vollständig ersetzen können.
• Aufrechterhaltung der Pluripotenz und genomischen Stabilität: Kultivierung von iPSCs auf eine Weise, die ihre Stabilität und Gesundheit bewahrt.
• Futterfreie und xenofreie Kulturumgebungen: Züchtung von Stammzellen ohne Maus-Zellen (Futterzellen) oder tierische Produkte, was für die Herstellung von Zellen erforderlich ist, die für menschliche Transplantationen geeignet sind.
• Anwendungen von Biomaterialien: Verwendung von Gerüsten und anderen Materialien zur Unterstützung des Wachstums und der Organisation von Stammzellen.
• Dreidimensionale (3D)-Zelltechnologie und 3D-Bioprinting: Züchtung von Zellen in 3D-Strukturen und Einsatz von Druckern, um komplexe Gewebe schichtweise aufzubauen.
• Aktuelle ethische Fragen: Laufende Debatten über die Verwendung von Embryonen, Klonen und die verantwortungsvolle Übersetzung der Stammzellforschung in die Medizin.

Empfehlungen und Hoffnung für Patientinnen und Patienten

Für Patientinnen und Familien, die sich für Stammzelltherapien interessieren, bietet dieser Überblick mehrere wichtige Erkenntnisse:

• Fragen Sie nach klinischen Studien: Einige stammzellbasierte Behandlungen, wie z. B. Netzhautzelltransplantationen und Wirbelmarkstransplantationen, befinden sich bereits in frühen klinischen Studien. Fragen Sie Ihren Arzt immer nach legitimen, zugelassenen Optionen.
• Seien Sie vorsichtig bei nicht bewiesenen Kliniken: Der Überblick weist darauf hin, dass das Feld zwar aufregend ist, viele Produkte jedoch noch im experimentellen Stadium sind. Suchen Sie Informationen bei renommierten medizinischen Zentren und offiziellen Registern wie clinicaltrials.gov.
• Erwägen Sie die Spende biologischer Proben: Einfache Proben wie Blut oder Urin können zur Erstellung von iPSCs für die Forschung verwendet werden. Die Teilnahme an Forschungs-Biobanken kann dazu beitragen, Entdeckungen zu beschleunigen.
• Bleiben Sie informiert: Die Stammzellforschung schreitet schnell voran. Verfolgen Sie Updates aus peer-reviewten Fachzeitschriften und Patientenvertretungsgruppen.

Die Autorinnen und Autoren des Überblicks sind der Ansicht, dass die Stammzelltechnologien mit fortgesetzter Forschung schließlich neue Behandlungen für Erkrankungen anbieten werden, für die es derzeit keine Heilung gibt. Der weitere Weg erfordert die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, Klinikerinnen und Klinikern, Regulierungsbehörden und Patientinnen und Patienten sowie das Engagement sowohl für Innovation als auch für ethische Verantwortung.

Häufig gestellte Fragen

Was sind pluripotente Stammzellen?

Pluripotente Stammzellen sind die Master-Zellen des Körpers. Sie können sich selbst erneuern, das heißt, sie teilen sich, um mehr Stammzellen zu erzeugen, und sie besitzen Potenz, das heißt, sie können zu vielen spezialisierten Zelltypen ausreifen. Konkret können sie jeden der drei primären Keimblätter bilden, die alle menschlichen Gewebe formen: Ektoderm, Entoderm und Mesoderm.

Wie werden induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) aus Urin hergestellt?

Urin-abgeleitete iPSCs werden aus einer kleinen Urinprobe, typischerweise 30 ml, erstellt. Der Prozess ist nicht-invasiv, einfach und schnell: etwa 2 Wochen Zellkultivierung gefolgt von 3 bis 4 Wochen Reprogrammierung. Diese Methode funktioniert für Patientinnen und Patienten jeden Alters, Geschlechts und Hintergrunds, und die Zellen können sich in alle drei Keimblätter differenzieren.

Was ist der Unterschied zwischen embryonalen Stammzellen und induzierten pluripotenten Stammzellen?

Embryonale Stammzellen (ESCs) stammen aus Blastozysten im frühen Stadium, etwa 4 bis 5 Tage nach der Befruchtung, und ihre Gewinnung zerstört den Embryo. Induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) sind adulte Zellen, die im Labor umprogrammiert wurden, beispielsweise mit vier Transkriptionsfaktoren. iPSCs vermeiden die Notwendigkeit, Embryonen zu zerstören, und können aus den eigenen Zellen eines Patienten hergestellt werden.

Welche Risiken bestehen bei Stammzelltherapien?

Sowohl embryonale als auch induzierte pluripotente Stammzellen können Teratome, also Tumore, bilden, wenn nach der Transplantation undifferenzierte Zellen verbleiben. Zudem können iPSCs während der Reprogrammierung oder in langfristigen Kulturen genetische Mutationen erwerben. Es kann zudem zu einer subtilen Immunabstoßung kommen, wobei die Verwendung patienteneigener iPSCs dieses Risiko erheblich verringert. Viele Behandlungen befinden sich noch im experimentellen Stadium.

Sind Stammzelltherapien für Patienten bereits jetzt verfügbar?

Einige auf Stammzellen basierende Behandlungen, wie etwa Transplantationen von Netzhautzellen und des Rückenmarks, befinden sich bereits in frühen klinischen Studien. Fragen Sie Ihren Arzt stets nach legitimen, zugelassenen Optionen und holen Sie Informationen von vertrauenswürdigen medizinischen Zentren oder offiziellen Registern wie clinicaltrials.gov ein. Seien Sie vorsichtig bei nicht bewiesenen Kliniken, da viele Produkte noch experimentell sind.

Was ist somatischer Zellkerntransfer (SCNT) und warum ist er wichtig?

Somatischer Zellkerntransfer ist eine Technik, bei der der Zellkern einer adulten Zelle in eine Eizelle eingesetzt wird, deren eigener Zellkern entfernt wurde. Die Eizelle reprogrammiert den spenderspezifischen Zellkern so, dass er sich wie ein Embryo verhält. Dies wurde erstmals 1996 mit dem Schaf Dolly nachgewiesen und kann für reproduktives Klonen oder therapeutisches Klonen verwendet werden.

Wie testen Wissenschaftler, ob eine Stammzelle wirklich pluripotent ist?

Wissenschaftler verwenden drei Haupttests bei Mäusen. Der Teratombildungsassay prüft, ob transplantierte Zellen Gewebe aus allen drei Keimblättern bilden. Der Chimärenbildungsassay testet, ob Zellen zur Keimbahn in frühen Embryonen beitragen. Der Tetraploid-Komplementationsassay ist der strengste Test: Wenn die getesteten Zellen den gesamten Organismus erzeugen, sind sie wirklich pluripotent.

Sollte ich vor einer Stammzelltherapie bei einer Erkrankung wie Morbus Parkinson oder einem Rückenmarksverletzung eine zweite Meinung einholen?

Ja, eine zweite Meinung ist ratsam, da sich viele Stammzellbehandlungen noch im experimentellen Stadium befinden. Während einige Therapien, wie Netzhaut- und Rückenmarkstransplantationen, in frühen klinischen Studien sind, sind andere nicht bewiesen. Zu den Risiken gehören die Teratombildung, genetische Instabilität und Immunabstoßung. Eine zweite Meinung kann helfen zu bestätigen, ob eine vorgeschlagene Behandlung legitim ist und ob Optionen aus klinischen Studien angemessener sind. Diagnostic Detectives Network bietet unabhängige Experten-Zweitmeinungen an.

Quelleninformationen

Dieser patientenfreundliche Artikel basiert auf dem folgenden peer-reviewed wissenschaftlichen Paper:

Original title: Advances in Pluripotent Stem Cells: History, Mechanisms, Technologies, and Applications

Authors: Gele Liu, Brian T. David, Matthew Trawczynski, Richard G. Fessler

Journal: Stem Cell Reviews and Reports (2020) 16:3–32

Published online: 23 November 2019

DOI: https://doi.org/10.1007/s12015-019-09935-x

Affiliation: Department of Neurosurgery, Rush University Medical College, Chicago, IL, USA

Hinweis: Dieser patientenfreundliche Artikel basiert auf peer-reviewed Forschung und enthält direkte Verweise auf Daten und Erkenntnisse aus der Originalpublikation. Für vollständige Details konsultieren Sie bitte den Originalartikel.