Kommunikation von Stammzellen

Die Verständigung von Stammzellen besser verstehen lernen

Die Nutzung von Stammzellen zu therapeutischen Zwecken ist längst keine ferne Science-Fiction mehr. Ein Team der MedUni Wien hat nun die Kommunikation von Stammzellen besser entschlüsselt. Damit ist klarer, wie Stammzellen mit anderen Zellen kommunizieren und auch interagieren.

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Ähnlich wie ein Leuchtturm senden auch Stammzellen Signale aus, um Zellen in ihrer Umgebung zu dirigieren. Mit dem Wissen, wie genau die Kommunikation von Stammzellen abläuft, sollen Stammzellentherapien sicherer werden. So müssen beispielsweise Teratome – eine Krebsart, die sich aus undifferenzierten Stammzellen entwickeln kann – andere Zellen zur Versorgung rekrutieren. Erst dann ist das Teratom in der Lage, zu wachsen. Diese Signalwege haben nun Wiener Wissenschaftler entschlüsselt.

 

Embryonale Stammzellen sind die Wunderzellen schlechthin

Einst waren die embryonalen Stammzellen (ES) der große Hoffnungsträger der Regenerativen Medizin und des dran angeschlossenen Forschungszweiges des Tissue Engineerings. Embryonale Stammzellen existieren nur eine relativ kurze Zeitspanne während der Embryogenese. Am Beginn der Schwangerschaft können sich diese undifferenzierten Zellen in jeden beliebigen Zell- und Gewebetyp entwickeln. Bis zum Morula-Stadium sprechen Experten von totipotenten Stammzellen. Nach dem Blastozysten-Stadium, wo sich die Zellen erstmalig in eine äußere und eine innere Zellschicht differenzieren, handelt es sich nur noch um pluripotente Stammzellen. Auch aus ihnen können sich Herzzellen, Gehirnzellen oder Hautzellen entwickeln. Anders als bei totipotenten Stammzellen entsteht aus ihnen jedoch kein eigenständiger Organismus mehr, da sie nicht mehr in der Lage sind, sich zu Plazentagewebe zu entwickeln.

Für Transplantationszwecke sind die pluripotenten, embryonalen Stammzellen dennoch hochinteressant, da sich aus ihnen jedes Gewebe und jedes Organ züchten lässt. 1997 konnten erstmals humane embryonale Stammzellen nachgewiesen werden. Man kannte den Stammzellentyp jedoch bereits von anderen Tierarten.

 

Forschung an embryonalen Stammzellen ist hochumstritten

Doch trotz der Fortschritte blieb die Forschung an embryonalen Stammzellen schwierig. Das größte Hindernis stellt die Gewinnung der Stammzellen dar. Um embryonale Stammzellen produzieren zu können, müssen zunächst Embryos erschaffen und anschließend zerstört werden. Die ethischen Bedenken bei diesem Prozess sind immens. Hinzu kommen hohe technische Hürden.

2005 kam eine Meldung aus Südkorea, die die Wissenschaftsgemeinde elektrisierte. Embryonale Stammzellen könnten nun angeblich künstlich im Labor hergestellt werden. Menschliches Leben würde so nicht mehr zerstört. Als sich die Meldung als Fälschung herausstellte, war das Misstrauen gegen die Stammzellenforscher groß und warf das Forschungsfeld um Jahre zurück. 2006 wurden schließlich die induzierten, pluripotenten Stammzellen (IPS) entdeckt. Auf sie setzen mittlerweile viele Forschungsvorhaben. Ausgangsmaterial sind hierbei erwachsene Körperzellen. Sie werden reprogrammiert und damit zu Stammzellen verjüngt. Die entstandenen Zellen haben fast die gleichen Fähigkeiten wie embryonale Stammzellen – nur wird für ihre Gewinnung kein Embryo mehr benötigt. Lediglich eine unkomplizierte Hautbiopsie ist erforderlich. Im Fruchtwasser während der Schwangerschaft wurden mittlerweile ebenfalls Stammzellen mit pluripotenten Eigenschaften nachgewiesen.

 

Stammzellentherapie muss sicherer werden

Das Problem der Gewinnung von Stammzellen mit den gleichen Eigenschaften von embryonalen Stammzellen ist damit zunächst gelöst. Doch bis heute existiert ein zweites großes Problem der Wunderzellen. Spritzt man in Versuchen Mäusen embryonale Stammzellen oder auch induzierte pluripotente Stammzellen, dann können bestimmte Tumore, sogenannte Teratome, entstehen. Die Stammzellentherapie kann erst dann den großen Durchbruch feiern, wenn ihre Sicherheit zweifelsfrei bewiesen und das Tumorrisiko im Griff ist.

Natürlich will kein Mediziner den Patienten embryonale Stammzellen oder induzierte, pluripotente Stammzellen direkt spritzen. Die Alleskönnerzellen sollen sich im Labor zunächst zu spezialisierten Zellen entwickeln. Jedoch ist es so, dass beispielsweise mehrere Millionen neue Herzzellen benötigt werden, um ein durch einen Herzinfarkt geschädigten Herzmuskeln zu reparieren. Unter diesen Millionen ausdifferenzierten Herzzellen werden sich jedoch auch einige wenige, undifferenzierte Stammzellen befinden. Bereits ein paar Hundert dieser Stammzellen können ausreichen, um Teratome zu bilden. Derzeit wird intensiv an verschiedenen Reinigungstechniken geforscht, um die „Problemzellen“ zu isolieren. Doch eine einhundertprozentige Sicherheit gibt es nicht.

 

IGF ist der Lockstoff, mit dem Teratome andere Körperzellen zu ihrer Versorgung anlocken

In Wien wollen die Wissenschaftler einen anderen Weg einschlagen. Teratome können nicht aus eigener Kraft wachsen. Sie müssen andere Körperzellen rekrutieren. Die Rekrutierung funktioniert auch über größere Distanzen mit Hilfe des Botenstoffs IGF (Insulin Growth Factor). Er aktiviert in den Zielzellen das Molekül mTORC. mTORC lässt Zellen auf Wanderschaft gehen. Die Teratome bekommen so die Möglichkeit zu wachsen. In Zellkulturen aber auch in Versuchen an Mäusen konnten die Wiener Wissenschaftler jedoch ebenso zeigen, dass sich dieser Mechanismus abriegeln lässt. So kann der Botenstoff IGF im Teratom blockiert werden, genauso wie das Molekül mTORC in den Zielzellen.

Der Studienleiter in Wien, Markus Hengstschläger, erklärt die Vision. Man möchte nicht mehr und nicht weniger als die Sprache der Stammzellen verstehen lernen, um so die Therapien sicherer zu machen, indem Nebenwirkungen minimiert werden. Bislang verstehen die Forscher nur einen kleinen Teil der Kommunikation. Warum embryonale Stammzellen überhaupt Signale an andere Zellen senden können, ist noch nicht umfassend erforscht. Doch die Forscher haben eine Theorie: Damit sich der Embryo bei der sogenannten Nidation in die Gebärmutterschleimhaut einnisten kann, muss er das Gewebe genau an dieser Stelle verändern und langfristig dafür sorgen, dass er versorgt wird. Das bedeutet, das Blutgefäße in seine Richtung wachsen müssen. Zum Zeitpunkt der Nidation ist der Embryo noch nicht viel mehr als ein recht undifferenzierter Zellhaufen und hat damit in gewisser Weise eine große Ähnlichkeit mit den Anfängen eines Teratoms.

 

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