Stammzellentypen, Anwendungen und wo sie sind

Die Stammzellen Sie sind eine Art von Zellen, die natürlicherweise in allen vielzelligen Lebewesen vorkommen und durch die Eigenschaft charakterisiert sind, sich in jedem Zelltyp zu differenzieren und sich zu teilen, um mehr Stammzellen zu produzieren.

Stammzellen sind wichtig vor der Geburt, da innerhalb weniger Tage nach der Vereinigung die beiden Gameten beginnen sich zu teilen und zu multiplizieren, wodurch spezialisierte Stammzellen entstehen, die die verschiedenen Organe und Gewebe des Körpers des Embryos entstehen lassen.

Die Bedeutung von Stammzellen liegt in ihrem erstaunlichen Potenzial, fast jede Art von Zelle zu entwickeln und zu bilden. Diese Fähigkeit kann verwendet werden, um beschädigte oder zerstörte Zellen zu reparieren und aufzufüllen.

Derzeit wird die klinische Anwendung von Stammzellen bei multiplen Erkrankungen wie Parkinson, Alzheimer oder einigen angeborenen Erkrankungen untersucht. Darüber hinaus gibt es bereits Produkte auf Basis von Stammzellen, die international in der Orthopädie eingesetzt werden.

Stammzellen existieren weiterhin in erwachsenen Individuen, wenn auch in kleineren Mengen und mit geringerem Potential als in der embryonalen Phase. Diese Stammzellen sind in bestimmten Strukturen wie dem Knochenmark, den Muskeln und dem Gehirn vorhanden, und dank ihnen können die beschädigten Zellen ersetzt werden und die Organe funktionieren weiterhin normal.

Im Allgemeinen könnte man sagen, dass Stammzellen drei Haupteigenschaften haben, die sie vom Rest der Zellen unterscheiden:

• Sie können sich für lange Zeit reproduzieren.
• Sie sind nicht spezialisiert.
• Sie können sich auf jede Art von Zelle spezialisieren.

Diese Eigenschaften machen sie potentiell vorteilhaft für die Behandlung einiger Krankheiten, die durch den Verschleiß oder die Degeneration einiger Zellen verursacht werden, wie neurodegenerative Erkrankungen.

Diese unglaublichen Eigenschaften von Stammzellen wurden erst vor 35 Jahren untersucht, als 1981 eine Gruppe von Forschern entdeckte, dass es möglich ist, Stammzellen aus einem Mausembryo zu extrahieren.

Es war nicht bis 1998, als Studien mit Mäusen auf Menschen extrapoliert werden konnten, als die ersten humanen embryonalen Stammzellen extrahiert und in vitro kultiviert wurden, um ihre Funktion und ihre Eigenschaften zu untersuchen. Diese Stammzellen werden embryonale Stammzellen genannt.

Im Jahr 2006 kam ein weiterer Meilenstein in der Geschichte der Studie von Stammzellen, eine Gruppe von Forschern entdeckt, wie einige adulte Zellen genetisch reprogrammiert werden könnten, um Stammzellen entstehen zu lassen, die sich auf bestimmte Arten von Zellen spezialisieren können. Diese Art von Stammzellen wird als induzierte pluripotente Stammzelle (iPS) bezeichnet.

Obwohl in diesen 35 Jahren große Fortschritte in der Stammzellenforschung gemacht wurden, sind weitere Studien erforderlich, um sie besser zu kennen und in der Lage zu sein, sie bei der Entwicklung neuer Therapien und bei der Erforschung der normativen Entwicklung des Menschen zu nutzen.

Arten von Stammzellen

Stammzellen können generell nach ihrem Reifestadium in embryonalen, fetalen, adulten Stammzellen und induzierten pluripotenten Stammzellen kategorisiert werden.

Darüber hinaus haben nicht alle Stammzellen das gleiche Potenzial, in jedem Zelltyp zu differenzieren. Abhängig von der Art der Zellen, in denen Sie unterscheiden können, können die Stammzellen sein:

• Totipotent (oder allmächtig)wenn sie sich in jeder Art von Zelle unterscheiden können. Diese Zellen können nur in der Morula (der Reihe von Zellen, die nach der Vereinigung der beiden Gameten auftritt) und theoretisch in den Embryonen gefunden werden, obwohl es für die embryonalen Stammzellen noch nicht möglich war, alle Arten zu entwickeln und zu erzeugen von Zellen.

• PluripotentSie sind der nächste Schritt der totipotenten Stammzellen und können in fast jeder Art von Zellen unterschieden werden. Embryonale Zellkulturen und induzierte Stammzellen sind pluripotent.

• Multipotentwenn sie in einer Vielzahl von Zellen unterschieden werden können, aber nur in solchen, die zu einer Gruppe verwandter Zellen gehören. Zum Beispiel können die multipotenten Zellen des Herzens nur in Geweben differenziert werden, die das Organ bilden. Diese Zellen können aus den Föten extrahiert werden.

• Oligopotentwenn sie sich zum Beispiel in verschiedene Arten von Zellen differenzieren können, um das gleiche Gewebe zu bilden. Adulte Stammzellen sind oligopotent.

• Unipotent, wenn sie nur in einen Zelltyp differenzieren können. Diese Stammzellen unterscheiden sich von normalen adulten Zellen dadurch, dass sie ihre Fortpflanzungseigenschaften über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten (vor der Differenzierung). Diese Art von Stammzellen kann zum Beispiel in einigen Muskeln gefunden werden.

Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen werden aus Embryonen gewonnen. Die meisten kommen aus Gameten, die in vitro befruchtet wurden und natürlich nicht von schwangeren Frauen. Und theoretisch sind sie totipotent, dh sie können jede Art von Zellen hervorbringen, obwohl im Laboratorium zur Zeit nur einige Arten von Zellen kultiviert werden können.

Sobald die Stammzellen entfernt sind, wird eine Kultur durchgeführt, in der die Zellen und das Nährmaterial (Kulturmedium) in eine Laborschale eingebracht werden. In der Kultur wachsen Zellen und beginnen sich zu teilen, wodurch eine dünne Schicht erzeugt wird, die sich über die gesamte Oberfläche der Platte erstreckt.

Die Stammzellkulturen sind nicht 100% wirksam, es gibt Zeiten, in denen die Zellen nicht wachsen oder sich teilen. Aber wenn die Pflanze erfolgreich ist, werden Gruppen von Stammzellen entnommen und neue Populationen entstehen, die sich weiter teilen und zu differenzieren beginnen. Stammzellen können während des Prozesses jederzeit eingefroren und gelagert werden.

Während der Kultur können Stammzellen spontan gruppiert und in jeder Art von Gewebe (Muskel, Nervensystem ...) spezialisiert werden. Spezialisierung ist ein Zeichen dafür, dass die Zellen in gutem Zustand sind, aber im Idealfall wird der Prozess der Spezialisierung von Forschern kontrolliert, um spezifische Zellpopulationen zu schaffen.

Um die Differenzierung von embryonalen Stammzellen zu kontrollieren, modulieren die Forscher die chemische Zusammensetzung des Kulturmediums, des Quadrats oder der Zellen selbst, indem sie spezifische Gene einfügen.

In mehreren Studien wurden Protokolle erstellt, die aufzeigen, welche Parameter geändert werden müssen und wie bestimmte Zellkulturen erstellt werden können.

Momentan werden embryonale Stammzelltransplantationen beim Menschen nicht durchgeführt, da in einigen Studien mit Tieren beobachtet wurde, dass sie zur Entwicklung von Krebs führen können. Trotzdem werden die Forschungen fortgesetzt und sie sind sehr vielversprechend für zukünftige Behandlungen.

Fetale Stammzellen

Wie der Name schon sagt, werden fetale Stammzellen von Föten gewonnen (ab der 10. Schwangerschaftswoche). Diese Zellen können in den meisten Geweben des Fötus gefunden werden.

Diese Stammzellen sind multipotent, dh sie können sich in einige Arten von Zellen differenzieren, die zum Beispiel in mehreren ähnlichen Geweben verwandt sind, um das gleiche Organ zu bilden.

Erwachsene Stammzellen

In einigen adulten Geweben, wie Haut, Muskeln, Darm und Knochenmark, gibt es adulte Stammzellen, die sich vermehren und in Zellen desselben Gewebes differenzieren können, um tote oder beschädigte Zellen zu ersetzen, so dass sie Oligopoden sind. Adulte Stammzellen können auch in Nabelschnurblut gefunden werden.

Zum Beispiel gibt es im Knochenmark Blutstammzellen, die reifen und zu reifen Blutzellen (rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen oder Blutplättchen) werden.

Die Forschung mit dieser Art von Zellen ist sehr fortgeschritten und Transplantate von adulten Stammzellen aus dem Knochenmark oder Nabelschnurblut werden derzeit durchgeführt, um Blutkrankheiten wie myelodysplastische und myeloproliferative Syndrome zu behandeln.

Das therapeutische Potenzial anderer adulter Stammzellen wie Mesenchymzellen, die Knochen-, Knorpel- und Fettzellen zur Behandlung von Krankheiten wie Arthritis produzieren, wird derzeit untersucht.

Induzierte pluripotente Stammzellen

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) sind bereits spezialisierte adulte Zellen (z. B. Hautzellen), die in vitro genetisch so umprogrammiert wurden, dass sie die Eigenschaften von embryonalen Stammzellen aufweisen.

Um die adulten Zellen umzuprogrammieren, werden diese von Erwachsenen extrahiert und in einer Platte kultiviert, wo Viren, die im Labor mit spezifischen Genen erzeugt wurden, eingefügt werden, so dass sie sich mit den Zellen integrieren und ihre genetische Information modifizieren.

Obwohl iPS-Zellen und embryonale Zellen viele Eigenschaften teilen, sind sie nicht völlig gleich, diese Unterschiede werden derzeit untersucht, ebenso wie neue Verfahren zur Herstellung von iPS.

Obwohl weitere Forschung erforderlich ist, werden iPS-Zellen bereits verwendet, um die Wirkung einiger Medikamente zu testen, die in klinischen Studien gefunden wurden und in naher Zukunft voraussichtlich für Transplantationen nützlich sein werden.

Transplantationen von iPS-Zellen werden derzeit nicht durchgeführt, da einige Studien mit Tieren zu Krebsbildungen geführt haben, möglicherweise aufgrund der Technik, die zur Neuprogrammierung der Zellen verwendet wurde.

Behandlungen mit Stammzellen

Gegenwärtig ist die klinische Verwendung von Stammzellen, die am meisten untersucht und in der Praxis verwendet werden, die Transplantation von Blutstammzellen (hämatopoetisch) aus dem Knochenmark oder der Nabelschnur. Sie werden zur Behandlung von Blut- und Immunsystemproblemen sowie zur Erneuerung geschädigter Zellen nach einer Chemotherapie oder Strahlentherapie eingesetzt.

Jedes Jahr werden in Europa mehr als 26.000 Menschen mit einer Transplantation hematapoietischer Stammzellen behandelt. Die Krankheiten, die derzeit mit einer Transplantation behandelt werden können, sind:

• Leukämien und Linformas wie:
  • Akute myeloische Leukämie.
  • Akute lymphatische Leukämie.
  • Chronische myeloische Leukämie.
  • Chronische lymphoblastische Leukämie.
  • Juvenile myelomonozytische Leukämie.
  • Hodgkin-Lymphom.
  • Non-Hodgkin-Lymphom.
• Erkrankungen im Zusammenhang mit dem Knochenmark, wie:
  • Schwere aplastische Anämie.
  • Fanconi Anämie.
  • Paroxysmale nächtliche Hämoglobinurie.
  • Aplasie von reinen roten Blutkörperchen.
  • Angeborene Thrombozytopenie / Amegacariozytose.
  • Myeloproliferatives und myelodysplastisches Syndrom.
  • Multiples Myelom
• Erbliche Erkrankungen des Immunsystems, wie:
  • Schwere kombinierte Immundefizienz.
  • Wiskott-Aldrich-Syndrom.
• Hämoglobinopathien (Erkrankungen der roten Blutkörperchen), wie:
  • Beta-Thalassämie major.
  • Sichelzellen-Krankheit.
• Erbliche Stoffwechselkrankheiten wie:
  • Krabbe-Krankheit
  • Hurler-Syndrom.
  • Adrenoleukodystrophie.
  • Metachromatische Leukodystrophie.
• Andere Bedingungen und Krebs

Eine weitere Anwendung von Stammzelltransplantaten sind Hauttransplantationen. Diese Anwendung ist vielleicht die älteste, seit sie verwendet wurde, bevor man wirklich verstanden hat, wie Stammzellen funktionierten.

Hauttransplantationen werden gewöhnlich nur in extremen Fällen durchgeführt, in denen die Person große Bereiche der Haut beschädigt hat, zum Beispiel durch eine schwere Verbrennung.

Das erste Hauttransplantat wurde 1970 hergestellt und seitdem hat sich die Technik perfektioniert, obwohl es noch ein langer Weg ist, da die gepfropfte Haut zur Zeit keine Haarfulículos oder Schweißdrüsen entwickeln kann.

Die letzte Anwendung der Stammzellen, die in Europa zugelassen wurde, war Holoclar, eine Behandlung, um die Schäden zu reparieren, die die Hornhaut erlitten haben könnte, seien es Wunden oder Verbrennungen.

Das Verfahren besteht darin, einen kleinen Teil der Limbuszellen, die für die Reparatur der Hornhaut verantwortlich sind, in gutem Zustand zu entfernen und sie im Labor zu kultivieren, bis sie ein dünnes Stratum corneum bilden, das in das Auge des Patienten transplantiert werden kann.

Andere mögliche Anwendungen von Stammzellen werden in klinischen Studien untersucht. Die wichtigsten Anwendungen in der Forschung sind die Regeneration von Geweben und Organen, die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen und die Behandlung von Hirnerkrankungen.

Die Verwendung von Stammzellen für die Regeneration von Geweben und Organen ist vielleicht ihre am meisten untersuchte Anwendung. Wenn Organe oder Gewebe aus Stammzellen erzeugt werden, können sie Menschen transplantiert werden, die sie benötigen. Tatsächlich wurde bereits die erste Niere mit Stammzellen geschaffen, und die Ergebnisse sind vielversprechend.

Die Ergebnisse der Forschung zur Verwendung von Stammzellen bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind ebenfalls sehr ermutigend.

Im Jahr 2013 schuf eine Gruppe von Forschern aus dem Massachusetts General Hospital (USA) Blutgefäße für Teile von menschlichen Stammzellen, die Mäusen implantiert wurden und richtig funktionierten. Derzeit laufen die Forschungen noch und sie versuchen, sie ohne Risiko für den Menschen anzuwenden.

Die Verwendung von Stammzellen zur Behandlung von Hirnerkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer wird aufgrund ihres Differenzierungspotentials anhand embryonaler Stammzellen untersucht. Die Ergebnisse scheinen vielversprechend, obwohl die Studien noch in einem sehr frühen Stadium sind.

Die Untersuchung von Stammzellen wird nicht nur zur Behandlung von Krankheiten durchgeführt, sondern auch, um die normale Entwicklung gesunder Zellen zu verstehen und um einige Prozesse wie Zellteilung und Differenzierung besser zu verstehen.

Referenzen

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