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GPS für Stammzellenforscher: Die Landkarte der Stammzellen

Es ist das Wunder des Lebens schlechthin: Wenn die Eizelle der Mutter und die Samenzelle des Vaters miteinander verschmelzen, ist dies der Startschuss für die Entstehung eines Babys und damit eines neuen Organismus. Binnen neun Monaten entwickeln sich aus einer einzigen Zelle rund 100 Billionen Zellen. Sie formen nicht nur Arme und Beine mit Knochen, Knorpeln, Sehnen und Muskeln, sondern auch Herz, Gehirn, Lunge, Leber oder Haut. Die befruchtete Eizelle, die sogenannte Zygote, ist die Urstammzelle und somit die Mutter aller Körperzellen.

Jede ausdifferenzierte Zelle trägt den Bauplan für den kompletten Organismus in sich, jedoch werden im Laufe der Entwicklung bestimmte Gene an- und abgeschaltet. Sie sorgen dafür, dass die im Erbgut hinterlegten Informationen genau zur richtigen Zeit abgelesen und in Proteine und Botenstoffe übersetzt werden. Nur dank dieser ausgeklügelten Choreographie kann ein vollfunktionsfähiger Organismus entstehen und am Leben gehalten werden. Denn mit der Geburt ist die menschliche Entwicklung nicht abgeschossen. Das Kind wächst heran und wird größer. Ein Sturz oder Unfall kann dafür sorgen, dass es sich den Fuß verknackst oder den Arm bricht. Für solche „Missgeschicke“ besitzt der Organismus ein Reparaturprogramm. Auch hier sorgen Stammzellen dafür, dass im Normalfall defekte Zellen ersetzt werden, gebrochene Knochen heilen können und sich Wunden wieder verschließen. Jedoch kommt es im Laufe der Jahre durch Alterungsprozesse zu „Verschleißerscheinungen“, denn jede Zellteilung hinterlässt ihre Spuren. Auch Viren und Bakterien oder Umweltgifte können Zellen und damit ebenso Stammzellen schädigen. Irgendwann funktioniert das körpereigene Regenerationsprogramm nicht mehr so gut und es kommt zu altersbedingten Krankheiten wie Demenz oder Arteriosklerose.

 

Tissue Engineering: Kaputtes Gewebe durch gesundes Gewebe ersetzen

Seit vielen Jahren träumen Ärzte den Traum der Regenerativen Medizin und damit auch des Tissue Engineerings. Bildlich gesprochen, möchten sie das Reparaturprogramm auf die „Werkseinstellungen“ unmittelbar nach der Geburt zurücksetzen und so die korrekte Regeneration wieder in Gang bringen. Die Hoffnung der Mediziner klingt verlockend: Funktioniert die Lunge oder das Herz nicht mehr, wird im Labor ein neues Organ gezüchtet und dem Patienten transplantiert. Wenn es sich dabei noch um patienteneigenes Gewebe handelt, dann gehören die bei heutigen Organtransplantationen häufig auftretenden Abstoßungsreaktionen der Vergangenheit an.

„Die Potenz einer Zelle ist größer als ihr tatsächliches Schicksal!“
(Hans Driesch)

Bis vor wenigen Jahren dachten die Mediziner, dass ihnen dafür ausschließlich die ethisch hochumstrittenen embryonalen Stammzellen zur Verfügung stehen würden. Doch mittlerweile wurden weitere Stammzellquellen entdeckt: So enthalten beispielsweise Nabelschnurblut und Nabelschnurgewebe von Neugeborenen eine große Anzahl an Stammzellen. Auch im Fettgewebe konnten die „Wunderzellen“ nachgewiesen werden. 2012 gab es den Nobelpreis für den Japaner Shin’ya Yamanaka. Er hatte mit seiner Forschungsgruppe entdeckt, dass man jede erwachsene Körperzelle in eine Art „Urzustand“ zurückversetzen und damit wieder zur Stammzelle umprogrammieren kann. Dafür müssen in der Zelle vier Gene aktiviert werden. Die so entstandenen Zellen werden induzierte pluripotente Stammzellen (kurz: iPS-Zellen) genannt. Sie können sich – ähnlich wie embryonale Stammzellen – zu beinahe jedem Zelltyp ausdifferenzieren. Mit dieser Entdeckung hat Yamanaka eine 120 Jahre alte These von Hans Driesch (1867 – 1941) bestätigt – nämlich, dass die Potenz einer Zelle tatsächlich größer ist als ihr eigenes Schicksal. Driesch kann damit als Begründer der modernen Stammzellbiologie angesehen werden.

 

3D-Strukturen des Erbguts geben Auskunft über Entwicklungsstand der Stammzellen

Mittlerweile können Forscher im Labor aus Stammzellen fast jeden Gewebetyp nachbilden. Die große Kunst dabei ist, die präzise Choreografie der Natur zu verstehen und zu imitieren. Dazu bedarf es Signalen von außen, damit sich eine Stammzelle zum Beispiel gezielt in eine Hautzelle oder Nervenzelle differenziert. Diese Signale stammen nicht nur von den sogenannten Pluripotenz-Genen, sondern auch vom physischen Umbau des Erbguts, denn dieses wird in seiner dreidimensionalen Struktur umgeschichtet. Je nach zukünftiger Aufgabe der Stammzelle entsteht so eine ganz typische Landschaft, die sich als 3D-Landkarte vorstellen lässt. Schauen sich Forscher die bei Studien im Labor erstellten „Landschaftsaufnahmen“ ihrer kultivierten Zellen an und vergleichen diese mit den archivierten 3D-Landkarten, können sie sehr genau sagen, in welchem Schritt des Differenzierungsprozesses sich eine Zelle aktuell befindet: Ist sie noch eine Stammzelle oder bereits eine weiterdifferenzierte Vorläuferzelle oder vielleicht sogar schon eine vollständig ausdifferenzierte Körperzelle? Je nach Zustand können dann Botenstoffe und Wachstumsfaktoren hinzugegeben und so das gewünschte Zellmaterial hergestellt werden.

Die 3D-Struktur des Erbguts resultiert aus einer Meisterleistung der Ingenieurskunst von Mutter Natur. Jede menschliche Körperzelle besitzt als Erbgut rund sechs Milliarden Basenpaare, die die Bausteine der DNA-Doppelhelix bilden. Würde man die Basenpaare in die Länge ziehen, so erhielte man einen zwei Meter langen Erbgut-Strang. Dieser muss jedoch in den 0,005 bis 0,016 Millimeter großen Zellkern passen. Damit dies funktioniert, wird die DNA aufwändig gefaltet und um sogenannte Histone gewickelt. Die komplexe Verpackung bildet in den einzelnen Phasen verschiedene 3D-Strukturen, damit sich schlussendlich die Chromosomen bilden.

Und genau die Verpackungsform wollen Mediziner nun nutzen, um Prozesse beim Tissue Engineering besser überwachen und steuern zu können. Sie arbeiten an einer Art „Google Maps für Stammzellen“. Das Projekt heißt „StemMapper“ und liefert ein präzises Koordinatensystem zur Orientierung. Es funktioniert somit ganz ähnlich wie das bekannte Global Positioning System (kurz: GPS). Mit Hilfe des StemMappers lässt sich der Zustand einer Zelle charakterisieren. So weiß der Wissenschaftler, welche der 20.000 Gene aktiviert werden müssen. Mit diesem Wissen lassen sich beispielsweise Teilungsprozesse steuern. Für die Krebsforschung bietet sich hier ein besonders vielversprechender Ansatz, denn Krebszellen haben die negative Eigenschaft, dass sie sich unbegrenzt vermehren und somit unkontrolliert teilen. Genau diesen Prozess gezielt zu unterbinden, könnte die Krebstherapie revolutionieren.

 

Vita 34 ist bei der Entwicklung der Stammzellentherapien von morgen dabei

Vita 34 setzt sich seit Jahren für die „Alleskönnerzellen“ ein, denn wir glauben – wie so viele Experten – dass der individualisierten Medizin die Zukunft gehört. Hier sind die Stammzellen ein essentieller Baustein für die Therapien von morgen. Um diese mitzuentwickeln, hat Vita 34 eine eigene Forschungs- und Entwicklungsabteilung. Sie arbeitet mit namhaften nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen und Universitäten zusammen.

Parallel dazu werden die Vita 34-Mitarbeiter niemals müde, die Öffentlichkeit über das Potenzial von Stammzellen zu informieren. Wir möchten, dass Ärzte, Hebammen und Eltern wissen, welcher Schatz in der Nabelschnur schlummert und dass dieser eigentlich viel zu schade ist, um achtlos im Klinikmüll zu landen. Leider werden noch immer über 90 Prozent der Nabelschnüre in Deutschland einfach entsorgt, obwohl die darin enthaltenen Stammzellen Leben retten könnten. Die neonatalen Stammzellen, wie die Nabelschnur-Stammzellen auch genannt werden, haben ganz besondere Eigenschaften: Als junge Stammzellen sind sie durch Mutationen und Umweltbedingungen noch nicht belastet. Außerdem sind sie extrem teilungsfreudig und sehr anpassungsfähig. Damit bringen sie genau jene Fertigkeiten mit, die Mediziner für Therapien dringend benötigen. Und sie können noch mit weiteren Pfunden wuchern: Ihre Gewinnung ist denkbar einfach und sie können für viele Jahrzehnte eingefroren werden.

Soll die Einlagerung von Nabelschnurblut erfolgen, so wird die Nabelschnurvene gleich nach der Geburt punktiert, um das kostbare Nabelschnurblut zu gewinnen. Von der kleinen Prozedur bekommen Mutter und Neugeborenes in der Regel überhaupt nichts mit, denn in der Nabelschnur befinden sich keine Nervenzellen zur Schmerzweiterleitung. Der kleine Eingriff ist somit nicht nur risikolos, sondern auch komplett schmerzfrei. So einfach kommen Mediziner im späteren Leben nie wieder an Stammzellen heran. Während das Nabelschnurblut viele hämatopoetische Stammzellen enthält, die eine wichtige Rolle bei der Blutbildung spielen, ist das Nabelschnurgewebe reich an mesenchymalen Stammzellen. Dies sind die Vorläuferzellen sowohl für Knochen und Knorpel als auch für Muskeln und Bindegewebe.

Möchten Sie mehr erfahren über die Stammzellen aus der Nabelschnur und wie sie sich für die Zukunft aufbewahren lassen, dann steht Ihnen die kostenlose Vita 34-Infoline zur Verfügung. Unter 0800 034 00 00 beantworten Ihnen die Vita 34-Experten von montags bis freitags alle Fragen und erklären Ihnen die einzelnen Schritte auf dem Weg zum Stammzelldepot.

Das Wunder des Lebens passiert an 365 Tagen im Jahr. Um den Schatz aus der Nabelschnur zu sichern, ist das Vita 34-Reinraumlabor ebenso an 365 Tagen im Jahr besetzt und steht damit umgehend zur Verfügung, wenn der Spezialkurier die kostbare Fracht aus einer der fast 800 Entnahmekliniken im Vita 34-Kliniknetzwerk bringt.

 

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