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Biologie der Stammzellen
Prof. Dr. Kurt Bürki, Universität Zürich
Stammzellen können
sich durch Teilung einerseits selbst erneuern, andererseits können sie zu verschiedenen
spezialisierten Zelltypen differenzieren. Stammzellen findet man in verschiedenen
Organen, wo sie den Ersatz und Nachschub für abgestorbene Zellen sicherstellen.
Beispiele für sehr teilungsaktive Stammzellen sind die hämatopoietischen Stammzellen
des Knochenmarks oder die Spermatogonien in den Hoden. Beispiele für weniger
teilungsaktive Stammzellen sind die erst kürzlich entdeckten Stammzellen im
Gehirn. Stammzellen können auch während der Embryonalentwicklung beobachtet
werden. Sie sind aber nur während kurzen Phasen vorhanden, so zum Beispiel die
sogenannten embryonalen Stammzellen, welche kurz nach der Implantation des Embryos
während weniger Stunden isoliert werden können.
Die Teilungs-
und Differenzierungsverhalten von Stammzellen werden durch die Mikro-Umgebung
der Zelle bestimmt. Kontakte der Stammzelle zu extrazellulärer Matrix und zu
Nachbarzellen sowie stimulierende und inhibierende Faktoren und Hormone bilden
ein komplexes Regulationssystem, welches sicherstellt, dass sowohl der Nachschub
an differenzierten Zellen den Bedürfnissen des Organismus entspricht, als auch
die Stammzellpoulationen erhalten bleiben. Werden Stammzellen isoliert oder
in eine neue Umgebung transplantiert, ändert sich in der Regel ihr Verhalten.
So können zum Beispiel bei Mäusen Stammzellen aus dem Gehirn zu Blutzellen differenzieren,
wenn sie in die Blutbahn eines Empfängertieres injiziert werden. Embryonale
Stammzellen können explantiert werden und in der Kulturschale unter geeigneten
Bedingungen unbegrenzt proliferieren ohne zu differenzieren. Wenn solche embryonalen
Stammzellen aus der Kulturschale wieder in einen Organismus versetzt werden,
können sie je nach Transplantationsort wieder zu spezialisierten Zellen differenzieren.
Sie können auch schon in Kultur zur Differenzierung angeregt werden. Ein Problem
bei der in vitro Kultivierung von Stammzellen ist das Auftreten von chromosomal
abnormalen Zellen mit Tumorzell-ähnlichen Eigenschaften.
Die präklinische
Stammzellforschung konzentriert sich auf drei Problemkreise: 1) Die Identifikation
von Stammzellen im adulten Organismus. Bis heute wurden gegen zwanzig Organ-spezifische
Stammzelltypen identifiziert. 2) Die Aufklärung der komplexen Regelmechanismen,
welche die Stammzellen kontrollieren. Dies würde die kontrollierte Stimulation
von Stammzellen in vitro und in vivo ermöglichen. 3) Die Erzeugung und Verwendung
von embryonalen Stammzellen. Beim Menschen wird dabei die Erzeugung von Individuen-spezifischen
Stammzellen durch das sogenannte therapeutische Klonen in Erwägung gezogen.
Die Stammzellforschung
ist ein rasch expandierendes, spannendes Gebiet, wo sich wissenschaftliche Grundlageninteressen
und therapeutische Interessen treffen und gegenseitig enorm stimulieren. Die
Einbettung dieser raschen Entwicklung in den öffentlichen Dialog ist wichtig.
Die im Vortrag dargestellten Grundkenntnisse der Biologie von Stammzellen sollen
dazu beitragen, den Dialog auf eine sachliche Basis zu stellen.