Omnipotente Stammzellen

Definition: Was sind omnipotente Stammzellen?

In der Zukunft sollen Stammzellen bei der Behandlung von bisher unheilbaren Krankheiten eine große Rolle spielen und Basis für neuartige Therapien sein. Die Stammzellenforschung arbeitet daher mit Hochdruck daran, den vermeintlichen „Wunder-Zellen“ ihre letzten Geheimnisse zu entlocken und so besser verschiedene Regenerations- und Reparaturprozesse im menschlichen Körper zu verstehen.

Bekannt ist, dass es mehrere Arten von Stammzellen gibt. Sie werden auf drei Wegen klassifiziert: nach ihrem ontogenetischen Alter, nach dem Zelltyp und nach der Fähigkeit zur Ausdifferenzierung in verschiedene Gewebe. In diesem Fall sprechen Fachleute von der Potenz der Stammzellen. Die Spannweite reicht von omnipotent bis hin zu unipotent. Als Faustregel gilt: Je früher Stammzellen entstehen, desto größer ist das Potenzial, sich in unterschiedliche Zelltypen zu entwickeln. Während omnipotente Stammzellen wahre Generalisten und damit Alleskönner sind, sind unipotente Stammzellen eher Spezialisten.

Der Name leitet sich unteranderem vom lateinischen Wort „omnis“ ab. Es wird übersetzt mit „alles“. Als Synonym für omnipotente Stammzellen verwenden Experten auch den Begriff der totipotenten Stammzellen. Hier leitet sich der Name vom lateinischen „totus“(= ganz) ab. Beides kann als Anspielung auf die besondere Fähigkeit dieser Stammzellenart verstanden werden: Sie können sich aus sich selbst heraus zu einem vollständigen Organismus weiterentwickeln.

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Einordnung der Stammzellenarten in die Hierarchie nach dem Differenzierungspotenzial (Bildquelle: Eigene Grafik von familien-gesundheit.de)

 

Wann entstehen omnipotente Stammzellen?

Omnipotente Stammzellen stehen ganz am Anfang der Embryonalgenese. Die befruchtete Eizelle ist die Urstammzelle. Aus ihr entwickeln sich während der Schwangerschaft die rund 100 Billionen Zellen des Menschen. Sie gehören rund 200 verschiedenen Zell- und Gewebearten an.

Omnipotente Stammzellen gibt es nur in einem ganz engen Zeitfenster – nämlich in den ersten drei bis vier Tagen nach der Befruchtung. In dieser Zeit entwickelt sich aus der Zygote, der befruchteten Eizelle und damit der Urstammzelle, die Blastozyste durch mehrere, symmetrische Zellteilungen. Das heißt, die Mutterstammzelle teilt sich in zwei identische Tochterstammzellen. Bereits nach kurzer Zeit erinnert der noch von der Zona pellucida umgebene Zellhaufen an eine Maulbeere. Von daher sprechen Experten auch vom Morula-Stadium.
Beim Übergang von der Morula zur Blastozyste ordnen sich die Zellen neu an. Es kommt zu einer ersten Differenzierung, denn es entsteht eine äußere Zellschicht, der sogenannte Trophoblast, und eine innere Zellschicht, der sogenannte Embryoblast. Aus dem Embryoblasten entwickelt sich innerhalb der neun Schwangerschaftsmonate das Baby mit Haut, Haaren und allen Organen. Aus dem Trophoblast entwickeln sich in den nächsten Tagen und Wochen die Plazenta und die Fruchtblase. Durch diese Spezialisierung verlieren die Stammzellen die Fähigkeit der Omnipotenz. Sie sind dann nur noch pluripotent. Das bedeutet: Die Stammzellen können sich nach wie vor in jedes Gewebe ausdifferenzieren. Nur ein komplett neuer Organismus kann aus ihnen nicht mehr von alleine entstehen.

 

Bislang galt: Keine omnipotenten Stammzellen nach der Geburt

Omnipotente Stammzellen können daher nur bis zum Morula-Stadium, also dem 16- bis 32-Zellstadium gewonnen werden. Es handelt sich daher um embryonale Stammzellen. Nach der Geburt gibt es lediglich mit den Keimzellen, den sogenannten Gameten, Zellen, denen man natürlicherweise eine gewisse Totipotenz unterstellen kann. Allerdings „schlummert“ diese, denn für eine entsprechende Aktivierung muss eine männliche Samenzelle eine weibliche Eizelle befruchten. Die höchste Potenzstufe bei adulten Stammzellen ist die Pluripotenz.

Möchten Wissenschaftler omnipotente Stammzellen gewinnen, so muss dies innerhalb der ersten drei bis vier Tage nach der Befruchtung erfolgen. Dass geht nur, wenn der Embryo im Reagenzglas, also invitro, gezeugt wird. Bei der Gewinnung der Stammzellen wird der Zellhaufen komplett zerstört. Ethiker und Philosophen streiten noch, ob man in diesem Stadium bereits von einem Embryo sprechen sollte. Doch der deutsche Gesetzgeber hat sich bereits entschieden. Die Zellen der ersten Teilungsstadien werden mit dem Embryo gleichgesetzt. Ihnen wird dadurch bereits eine Menschenwürde und das Recht auf Leben zugeschrieben. Die omnipotenten Stammzellen unterliegen daher dem Embryonenschutzgesetz. In Deutschland ist es somit verboten, Eizellen nur zum Zweck der Stammzellengewinnung zu befruchten und anschließend zu zerstören. Von daher ist die Forschung an omnipotenten, embryonalen Stammzellen nur in einem sehr stark limitierten Rahmen möglich.

 

Erschaffung im Labor: Ist künstliche Omnipotenz in der Petrischale möglich?

Wegen ihrer ganz besonderen Eigenschaften sind embryonale, omnipotente Stammzellen für die Stammzellenforschung hoch interessant. Die ethische Diskussion und gesetzlichen Beschränkungen lassen Wissenschaftler nach Alternativen suchen. Mittlerweile können normale Körperzellen so reprogrammiert werden, dass sie sich wie pluripotente Stammzellen verhalten. Sie haben unter dem Begriff induzierte, pluripotente Stammzellen (IPS) die Stammzellenforschung revolutioniert und gelten als große Hoffnungsträger in der Stammzellentherapie. Für die IPS-Zellen nimmt man in der Regel Hautzellen, weil diese sich einfach durch eine Biopsie gewinnen lassen. Nach der Manipulation sind die IPS-Stammzellen tatsächlich in der Lage, sich in jedes Gewebe auszudifferenzieren. Sie können sich allerdings nicht zu einer Blastozyste entwickeln und damit entsteht aus ihnen kein lebensfähiger Organismus.

Erst kürzlich entdeckten Forscher, dass bei der Erzeugung von induzierten, pluripotenten Stammzellen in ganz wenigen Fällen auch Stammzellen mit den Fähigkeiten der Totipotenz entstehen. Nun gilt es, herauszufinden, anhand welcher Merkmale man diese Universalzellen identifizieren und isolieren kann: Was unterscheidet diese Zellen von pluripotenten Stammzellen? Welche Prozesse werden da auf molekularer Ebene angestoßen? Kann man diese Signalwege nutzen? Sind die künstlich erzeugten adulten, omnipotenten Stammzellen genauso leistungsfähig wie die natürlichen, embryonalen, omnipotenten Stammzellen?… Fragen über Fragen, auf die die Forschung noch eine Antwort finden muss. Doch die Möglichkeit, nicht nur Vielkönner-Zellen sondern wahre Alleskönner-Zellen zu erschaffen, eröffnet ganz neue Anwendungsmöglichkeiten.