Hämatopoetische Stammzellen

Definition: Was sind hämatopoetische Stammzellen?

In der Medizin wird unter dem Begriff „Hämatopoese“ der Prozess der Blutbildung verstanden. Damit wird selbst Laien schnell klar, wozu hämatopoetische Stammzellen da sind. Der auch als „Blutstammzellen“ bezeichnete Stammzellentyp ist für die Bildung aller Zellen des Blutes zuständig.

Hämatopoetische Stammzellen (kurz: HCS) kommen beim Menschen vor allem im Knochenmark der großen Knochen vor. Dazu zählen beispielsweise der Wadenknochen, der Hüftknochen aber auch die Wirbelknochen sowie die Knochen des Brustkorbs. Die Blutstammzellen erneuern sich selbst – einmal durch symmetrische Teilung und durch asymmetrische Teilung. In sehr kurzen Zyklen erfolgt die Ausdifferenzierung zu roten Blutkörperchen (Erythrozyten), weißen Blutkörperchen (Leukozyten) sowie Blutplättchen (Thrombozyten). Die Lebensdauer von Blutzellen reicht dabei von wenigen Tagen bis hin zu ein paar Monaten. Täglich werden geschätzte 200 Milliarden Erythrozyten, 120 Milliarden Leukozyten und 150 Milliarden Thrombozyten ersetzt. Eine immense Leistung!

Dafür teilt sich die multipotente Mutterstammzelle bei hämatopoetischen Stammzellen in zwei Tochterstammzellen. Während eine Tochterstammzelle die Eigenschaften ihrer Mutter behält, entwickelt sich die zweite Tochterstammzelle zu einer Stammzelle mit weniger Potenz weiter. Sie ist dann nur noch oligopotent, d. h. sie kann sich nur noch zu ganz bestimmten Blutzellen entwickeln – aus ihr wird jedoch definitiv keine Muskelzelle und keine Nervenzelle mehr. Die niedrigere Potenzstufe bei den hämatopoetischen Stammzellen sind die myeloiden Stammzellen und lymphoiden Stammzellen. Aus den myeloiden Stammzellen entstehen Erythrozyten, Granulozyten, Thrombozyten und Monozyten. Aus den lymphoiden Stammzellen entwickeln sich T-Zellen, B-Zellen und die natürlichen Killerzellen. Während die sogenannte Myelopoese ausschließlich im Knochenmark stattfindet, beginnt die Lymphopoese zwar im Knochenmark, wird aber in der Milz und im Thymus abgeschlossen, wo einige Zelltypen des Immunsystems ausreifen.

© familien-gesundheit.de

Schematische Darstellung der Hämatopoese. Aus der multipotenten, hämatopoetischen Stammzelle entsteht durch asymmetrische Teilung entweder eine myeloische oder eine lymphatische Stammzelle, die nur noch oligopotent. Die Myelopoese findet ausschließlich im Knochenmark statt, während die Lymphopoese zwar im Knochenmark beginnt, die Zellen aber zur Ausreifung das Gewebe wechseln.

 

Die hämatopoetischen Stammzellen sorgen dafür, dass die rund sechs Liter Blut im Körper eines Erwachsenen die vorgesehenen Aufgaben erfüllen können. Dazu zählen beispielsweise der Transport von Sauerstoff und Kohlendioxid, die Blutgerinnung und Abwehr von Eindringlingen wie Viren, Bakterien und Pilze.

Obwohl bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts die Existenz von blutbildenden Stammzellen vermutet wurde, erfolgte erst in den 1960er Jahren die Entdeckung dieser Stammzellenart. Seitdem sind die hämatopoetischen Stammzellen zu einer wichtigen Behandlungsoption bei Blutbildungsstörungen und Immundefekten geworden.

 

Hämatopoetische Stammzellen in der Therapie von Krebs

Funktioniert die Hämatopoese nicht korrekt, sind verschiedene Blutkrankheiten wie Anämie oder auch Leukämie die Folge. Mediziner verwenden hier als Oberbegriff „Blutbildungsstörungen“. Vor allem in der Krebstherapie ist dem Tumor oftmals nur mit der Kombination aus starker Chemotherapie und hochdosierter Bestrahlung beizukommen. Bei dieser Behandlung werden jedoch nicht nur die Krebszellen zerstört, sondern auch die hämatopoetischen Stammzellen des Patienten so in Mitleidenschaft gezogen, dass oftmals die Blutbildung zusammenbricht. Die Patienten benötigen dann die Transplantation von gesunden Blutstammzellen. Ist der Patient nicht gerade an einer Form der Leukämie erkrankt, sondern z. B. an Lungen-, Brust- oder Darmkrebs, nutzen Mediziner heute oftmals die eigenen Stammzellen als Sicherheit. Sie werden vor Beginn der Chemotherapie dem Patienten entnommen, eingefroren und nach Beendigung der Behandlung wieder retransplantiert, um die Blutbildung neu zu starten. Studien zeigen, dass die autologe Stammzellentransplantation, d. h. bei der Spender und Empfänger identisch sind, die Heilungschancen signifikant verbessern kann.

Leukämie ist eine sehr häufige Krebsart mit ca. 11.000 Neuerkrankungen jährlich. Leider ist die Krankheit ein großer Ausnahmefall in der Krebstherapie. Hier können die Mediziner nicht auf die eigenen hämatopoetischen Stammzellen des Patienten zurückgreifen. Die Mediziner vermuten nämlich, dass die eigenen Blutstammzellen bereits den DNA-Fehler in sich tragen, der später den Ausbruch der Krankheit verursacht. Der Patient ist daher auf einen gesunden Stammzellenspender angewiesen, der gleiche Gewebemerkmale besitzt. Das ist notwendig, damit die fremden Stammzellen nicht vom Körper attackiert und abgestoßen werden. Dieses Vorgehen, bei dem Spender und Empfänger verschiedene Personen sind, nennt man in der Medizin übrigens allogene Transplantation.
Bei der Suche nach einem geeigneten Spender werden die Ärzte in rund einem Drittel aller Fälle innerhalb der eigenen Familie fündig. Für zwei Drittel der Patienten beginnt allerdings die langandauernde, kostenintensive und nervenaufreibende Suche nach dem Lebensretter über Stammzellenregister und Typisierungsaktionen.

 

Stammzellquellen für Blutstammzellen

Hämatopoetische Stammzellen können bei Erwachsenen mittlerweile recht problemlos aus dem Knochenmark oder direkt aus der Blutbahn isoliert werden. Bei der Knochenmarksentnahme erfolgt meist eine Punktion des Beckenkamms. Der Patient erhält dafür eine Narkose. Da es sich hierbei um einen invasiven Eingriff handelt, der mit einem Narkose- und Infektionsrisiko verbunden ist, favorisieren Mediziner zunächst die Stammzellapherese, bei der die begehrten Stammzellen aus dem Blut herausgefiltert werden. Dazu muss der Spender wenige Tage vor dem Eingriff beginnen, ein Medikament einzunehmen, das dafür sorgt, dass sich die hämatopoetischen Stammzellen aus dem Knochenmark herauslösen und in die Blutbahn migrieren. Die Entnahme selbst ähnelt der Blutspende, bei der nur bestimmte Teile des Blutes wie Blutplasma oder Thrombozyten gewonnen werden. Die nicht benötigten Blutbestandteile bekommt der Spender übrigens umgehend zurückgeführt.

In den letzten Jahren hat jedoch eine weitere Stammzellquelle immer mehr an Bedeutung gewonnen: Das Nabelschnurblut von Neugeborenen. Es enthält besonders viele hämatopoetische Stammzellen und lässt sich direkt nach der Geburt ganz leicht gewinnen. Nach dem Abnabeln müssen Arzt oder Hebamme lediglich die Nabelschnurvene punktieren und das Blut auffangen. Die Prozedur ist für Mutter und Kind vollkommen schmerzfrei und mit keinerlei Risiken verbunden. Sie dauert auch nur wenige Minuten. Das Nabelschnurblut kann dann für viele Jahre und Jahrzehnte problemlos eingefroren werden und steht bei Bedarf umgehend zur Verfügung. Nabelschnurblut-Stammzellen haben viele besondere Eigenschaften, die sich in Studien sogar als vorteilhaft für etliche Therapien erwiesen. Diese Eigenschaften bleiben im Kälteschlaf erhalten. Außerdem kommen dort alle Alterungsprozesse zum Erliegen und die Stammzellen sind keinerlei schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt.

 

Intensive Forschung an hämatopoetischen Stammzellen

Im Moment arbeiten Forscher daran, wie sie große Mengen an hämatopoetischen Stammzellen im Labor kultivieren und vermehren können. Obwohl die Anzahl an eingesetzten Nabelschnurblut-Präparaten bei Stammzellentransplantationen kontinuierlich steigt – in Ländern mit einer Vorreiterrolle wie z. B. in den USA liegt sie bereits bei 20 Prozent, in Japan sogar schon bei 50 Prozent – gibt es manchmal Probleme mit der erforderlichen Zellzahl. Durfte die Nabelschnur nach der Geburt auspulsieren, ist es manchmal nicht mehr möglich, eine Blutmenge zu entnehmen, die ausreicht, um mit den darin vorhandenen Stammzellen einen erwachsenen Patienten zu behandeln. Es könnte also noch mehr Menschen geholfen werden, wenn sich bei zu geringen Zellzahlen die Stammzellen im Labor problemlos vermehren ließen. Dann müssten auch weniger Nabelschnurblut-Spenden verworfen werden.

Ein weiterer Forschungszweig an den hämatopoetischen Stammzellen beschäftigt sich mit dem gezielten Herstellen von spezialisierten Blutzell-Typen. Hierbei liegt das besondere Augenmerk auf den roten Blutkörperchen. Könnte man diese gezielt kultivieren, so stände künstliches Blut für Bluttransfusionen bereit. Damit wäre auch ein immer größer werdendes Problem gelöst. Bislang wird der Bedarf an Blutkonserven über freiwillige Blutspenden gedeckt. Doch der demografische Wandel bereitet auch den Blutspendediensten immer stärkere Kopfschmerzen. Auf der einen Seite benötigt eine alternde Gesellschaft immer größere Mengen an Blutkonserven für Operationen und Behandlungen. Auf der anderen Seite wird es aber immer weniger Blutspender geben, denn auch für Blutspender gibt es ein Höchstalter.