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Keine schnellen Erfolge zu erwarten

14.06.2004
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Stammzellen

Keine schnellen Erfolge zu erwarten

Hannelore Gießen, Garching

In Stammzellen werden große Erwartungen gesetzt. Die noch unreifen Zellen können sich in unterschiedliche Richtungen entwickeln, so dass sie sich möglicherweise zur Regeneration von Körpergewebe eignen. Zu einem Fachkongress „Technologien für Stammzellen“ hatte die Technische Universität München eingeladen.

Die meisten Gewebe verfügen über eine begrenzte Anzahl von Stammzellen für Reparaturvorgänge. So wurden solche Zellen nicht nur im Blut und Knochenmark, sondern auch in Herz, Leber, Darm und Gehirn gefunden. Meist sind es multipotente Zellen (siehe Kasten). Sie erneuern sich im Körper ein Leben lang, wobei sie einerseits Kopien ihrer selbst herstellen, sich andererseits in spezialisierte Zellen des jeweiligen Gewebes differenzieren. Aus Stammzellen im Herzen werden Herzmuskel-, Endothel- und glatte Muskelzellen. Im zentralen Nervensystem entwickeln sie sich zu Nerven- und Stützzellen.

Blut bildende Stammzellen werden bei Knochenmarktransplantationen und in der Hochdosis-Chemotherapie bereits seit 25 Jahren eingesetzt. Hämatopoetische Stammzellen wachsen und reifen im Knochenmark in so genannten Stammzellnischen, in die sie – umgeben von Stromazellen – eingebettet sind. Ob sie dort ruhen oder in die Blutbahn ausgeschwemmt werden, wird über Botenstoffe, die an Zelloberflächenmoleküle binden, bestimmt. „Diese Interaktion müssen wir besser verstehen lernen“, erläuterte Professor Dr. Malcolm R. Alison vom Imperial College in London. Viele dieser an Blutzellen gewonnenen biologischen Grundlagen könnten auf andere Organsysteme übertragen werden.

Schwimmende Stammzellen

In den letzten Jahren wiesen einige Publikationen auf ein unerwartetes Potenzial von adulten Stammzellen, vor allem von Knochenmarkszellen, hin. So sollen Blutstammzellen schon zu Muskel-, Leber-, Herz- und Nervenzellen sowie Insulin-produzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse geworden sein. Doch viele Hoffnungen, mit Stammzellen schnell Therapieerfolge zu erzielen, haben sich als verfrüht herausgestellt, dämpfte der Hämatologe Professor Dr. Christian Peschel vom Klinikum der Technischen Universität München euphorische Erwartungen. So hätte nicht bestätigt werden können, dass hämatopoetische Stammzellen tatsächlich zur Heilung eines Myokardinfarktes beitragen.

Realistisch sei jedoch die Möglichkeit, aus Blut bildenden Stammzellen Endothelzellen für die Therapie von Durchblutungsstörungen entwickeln zu können. Auf embryonale Stammzellen sei jedoch nicht ganz zu verzichten, führte Peschel weiter aus. Für Gewebe, das sich nicht gut regeneriert, werden embryonale Stammzellen benötigt.

 

Von Toti- bis Unipotenz Eine Hierarchie aus Stammzellen, Vorläuferzellen und reifen Zellen sorgt in vielzelligen Organismen dafür, dass sich Gewebe und Organe effizient entwickeln und erhalten. Reife Zellen leben meist nur eine begrenzte Zeit, so dass Stammzellen die einzigen dauerhaft im Körper vorhandenen Zellen sind.
Stammzellen verfügen über sehr unterschiedliche Entwicklungsmöglichkeiten. An der Spitze des Entwicklungsbaumes steht die befruchtete Eizelle und die Zellen, die aus den ersten beiden Teilungen hervorgegangen sind. Sie sind totipotent (oder omnipotent), denn aus ihnen kann sowohl der Embryo als auch der Trophoblast entstehen, aus dem sich später die Plazenta bildet.
Nach etwa vier Tagen beginnen sich diese totipotenten Zellen zum Blastozyten zu formen, aus dessen innerer Zellmasse sich der Embryo entwickelt. Diese innere Zellmasse ist pluripotent. Aus ihr können sich alle Zellen der drei Keimblätter entwickeln und damit alle Organe, allerdings nicht ein vollständiger Embryo, denn zu dessen Ernährung ist der Trophoblast notwendig.
Eine multipotente Zelle verfügt noch über die Möglichkeit, sich in viele Richtungen weiter zu entwickeln. Aus Stammzellen des Blut bildenden Systems können unter anderem Erythrozyten, Thrombozyten oder Monozyten werden.
Am Boden des Entwicklungsbaumes reihen sich alle unipotenten Zellen auf. So bilden sich zum Beispiel aus epidermalen Stammzellen in der basalen Hautschicht immer nur Keratinozyten.

 

Biologie und Technologie verbinden

„Ein schneller Erfolg in der Stammzelltherapie ist nicht zu erwarten – wir wissen noch nicht, wie wir diese Zellen handhaben und wie wir sie aufbewahren müssen“, sagte Professor Dr. Erich Wintermantel, Ordinarius für Medizintechnik in Garching. Nach der Verbindung von Biologie und Informatik seien jetzt die Ingenieurswissenschaften gefragt. So sucht das Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik in St. Ingbert Wege, um die bisher angewandte Kryokonservierung zu verbessern, so dass die Eigenschaften von Stammzellen auch nach dem Wiederauftauen optimal erhalten bleiben.

Wintermantels Arbeitsgruppe forscht an Stammzellen aus Nabelschnurblut. Seit der ersten erfolgreiche Transplantation solcher Zellen 1988 wurden weltweit 80.000 Proben aus Nabelschnurblut eingelagert. Davon wurden bisher 3000 für eine Transplantation eingesetzt, ganz überwiegend jedoch nicht für eine Verwendung in der Familie, sondern für eine Fremdtransplantation.

Fest sitzende Stammzellen

Blutstammzellen, ob aus Knochenmark, peripherem Blut oder Nabelschnur, sind gut nutzbar, da sie sich frei im Blut bewegen. Knochenzellen brauchen dagegen eine Matrix. Aufgabe der Materialforschung ist es, die Voraussetzungen für ein synthetisches Gerüst zu schaffen, auf dem Stammzellen verankert werden können. So entwickelt eine Würzburger Arbeitsgruppe eine „Tissue Engineering“-Methode, bei der sich Stammzellen, aktiviert durch Wachstumsfaktoren, auf einer synthetischen Matrix einnisten.

Um die Eigenschaften von Stammzellen zu erforschen, die ins Gewebe integriert sind, untersuchen die Garchinger Wissenschaftler nicht nur Nabelschnurblut, sondern auch Stammzellen in der Nabelschnurwand. Am ehesten werden Stammzellen beim Ersatz von Knochen und Knorpel sowie beim kardiovaskulären System durch beschichtete Stents eingesetzt werden, schätzte Wintermantel die Situation ein.

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