Stammzellen sind Ursprung des Lebens und Wegbereiter der modernen Medizin.“

Stammzellarten und ihre Aufgaben

Alleskönner mit besonderen Eigenschaften

Es gibt verschiedene Arten von Stammzellen. Sie werden auf drei unterschiedlichen Wegen klassifiziert:

  • Klassifizierung nach dem Zelltyp
  • Klassifizierung nach dem ontogenetischen Alter
  • Klassifizierung nach dem Differenzierungspotential

 

Klassifizierung nach dem Zelltyp

Die Klassifizierung nach dem Zelltyp geht der Frage nach, in welches Gewebe bzw. zu welchen Zellarten sich die Vorläuferzellen ausdifferenzieren können. So kann sich beispielsweise aus einer Blutstammzelle kein neuer Knochen bilden oder eine Nervenzelle werden.

 

Hämatopoetische Stammzellen

Ein anderes Wort für hämatopoetische Stammzellen sind Blutstammzellen. Damit ist auch sofort die Aufgabe klar: Diese Stammzellen sind für die komplette Blutbildung zuständig. Die dortigen Zellen haben nur eine sehr begrenzte Lebensdauer. Täglich müssen bei einem erwachsenen Menschen ca. 200 Milliarden Erythrozyten (rote Blutkörperchen), 120 Milliarden Leukozyten (weiße Blutkörperchen) und 150 Milliarden Thrombozyten (Blutplättchen) gebildet werden.

 

Mesenchymale Stammzellen

Als mesenchymale Stammzellen werden die Vorläuferzellen des Bindegewebes bezeichnet. Aus ihnen entstehen Knochen und Knorpel aber auch Muskeln, Bänder und Sehnen. Sie finden sich insbesondere im Nabelschnurgewebe.

stammzellen-arten-aufgaben-fettgewebe-mesenchymal

Das menschliche Fettgewebe ist sowohl reich an reifen Fettzellen als auch an adulten, mesenchymalen Stammzellen und stellt daher eine wertvolle Stammzellquelle dar.

 

Neuronale Stammzellen

Aus neuronalen Stammzellen gehen Nervenzellen, vor allem Gehirnzellen, hervor. Sie sind für die Erforschung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Demenz oder Parkinson aber auch bei traumatischen Verletzungen, beispielsweise nach einem Schlaganfall oder schweren Kopfverletzungen in Folge eines Unfalls, besonders interessant. Hier ist die Hoffnung, dass mit Hilfe neuronaler Stammzellen Reparaturprozesse in Gang gesetzt und so Schäden minimiert werden können.

 

Klassifizierung nach dem ontogenetischen Alter

Als Ontogenese wird in der Biologie die Entwicklung des Individuums bezeichnet – von der Eizelle zum geschlechtsreifen Organismus. Die Klassifizierung nach dem ontogenetischen Alter unterscheidet daher zwischen embryonalen, fötalen und adulten Stammzellen. Man folgt hier den verschiedenen Stufen in der menschlichen Entwicklung – von der befruchteten Eizelle über den Embryo bis hin zum Erwachsenen.

stammzellen-arten-und-aufgaben-ontogenese

Embryonale Stammzellen existieren nur für eine kurze Zeit. Die adulten Stammzellen teilen sich ein Leben lang.

 

Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen wirken am Beginn des menschlichen Lebens – noch weit vor der Geburt. Sie sind die „Mütter aller Zellen“ und können sich in jeden spezifischen Zelltypen entwickeln. Sie existieren allerdings nur in einem ganz kurzen Zeitraum – nämlich während der Entwicklung zur Blastozyste, dem Zustand des Embryos nach ca. drei bis vier Tagen nach der Befruchtung.  Für den medizinischen Einsatz bedeutet dies jedoch, dass man Embryonen züchten und anschließend wieder zerstören müsste. Daher sind die embryonalen Stammzellen ethisch höchst umstritten. Ihre Herstellung ist in Deutschland deshalb auch verboten.

 

Adulte Stammzellen

Adulte Stammzellen aus dem Knochenmark und anderen Organen sind die Reservisten unseres Organismus. Sie schaffen Ersatz für zugrunde gegangene Zellen. Sie können sich jedoch nicht mehr in alle Zelltypen eines Organismus differenzieren wie embryonale Stammzellen. Außerdem sind sie nicht so vital wie Nabelschnurblut-Stammzellen. Und man kann sie später nur aufwendig, risikoreich und teuer gewinnen.

 

Neonatale Stammzellen

Die Stammzellen aus dem Nabelschnurblut gehören bereits zu den adulten Zellen. Jedoch sind sie besonders jung und potent. Sie werden daher auch als eigene Klasse – die neonatalen Stammzellen – geführt.

Das Nabelschnurblut bei der Geburt zu entnehmen und anschließend aufzubewahren, ist die einfachste und ethisch unbedenklichste Art, junge, potente, eigene Stammzellen zu gewinnen und für die medizinische Vorsorge zu sichern.

 

Gründe für die Sicherung neonataler Stammzellen aus der Nabelschnur

  • Neonatale Stammzellen sind einfach und sicher zu gewinnen.
  • Kryokonserviert, d. h. bei circa -180 Grad Celsius über flüssigem Stickstoff eingefroren, altern die Nabelschnurblut-Stammzellen nicht und behalten ihre vitalen Eigenschaften.
  • Für den eigenen Körper sind sie am besten verträglich - die Gewebemerkmale stimmen zu 100 Prozent überein.
  • Es treten keine Abstoßungsreaktionen auf, das ist vor allem für die Regenerative Medizin ein großer Vorteil.
  • Einmal eingelagert, können die Nabelschnurblut-Stammzellen unter Umständen auch für erkrankte Geschwister Hilfe bedeuten.
  • In klinischen Studien werden weltweit neue Therapien und Anwendungsgebiete erprobt.

Klassifizierung nach dem Differenzierungspotential

Bei der Klassifikation anhand des Differenzierungspotentials geht es um die Frage, in wie viele verschiedene Zelltypen sich eine Stammzelle entwickeln kann. Schließlich ist Stammzelle nicht gleich Stammzelle. Es gibt auch hier eine Hierarchie vom Generalisten zum Spezialisten. Als Faustformel gilt: Je früher eine Stammzelle sich entwickelt, desto größer ist ihr Differenzierungspotential.

 

Omnipotente/Totipotente Stammzellen

Omnipotente beziehungsweise totipotente Stammzellen können einen kompletten Organismus hervorbringen. Aus der befruchteten Eizelle, der sogenannten Zygote, entwickelt sich ein Embryo, indem sich die Zellen teilen. Die omnipotenten Stammzellen gibt es nur in einer ganz kurzen Phase der Embryonalentwicklung: Bis zum Blastozysten-Stadium, dem Alter des Embryos drei bis vier Tage nach der Befruchtung. Hier werden alle Organe und Gewebe angelegt. In der Blastozyste ordnen sich die Zellen. Die äußeren Schichten bilden den sogenannten Trophoblast. Aus ihm entstehen die Fruchtblase, die Nabelschnur und die Plazenta. Die inneren Zellschichten bilden den Embryoblast. Aus ihm entsteht der vollständige Mensch.

stammzellen-arten-aufgaben-totipotente-stammzellen

Nachdem die Eizelle der Frau und das Spermium des Mannes miteinander verschmolzen sind, entwickelt sich die Zygote durch Zellteilung zur Morula. Beim Menschen beginnt dieses Entwicklungsstadium während der Embryogenese mit dem 16-Zell-Stadium. Von der Befruchtung bis zur Morula vergehen ca. vier Tage. In diesem Zeitfenster sind die Stammzellen totipotent, d. h. aus ihnen kann ein komplett neuer Organismus samt Plazenta, Fruchthülle und Nabelschnur hervorgehen.

 

Pluripotente Stammzellen

Pluripotente Stammzellen haben ebenfalls die Eigenschaft, sich in alle Zellarten auszudifferenzieren. Allerdings kann aus ihnen kein komplett neuer Organismus mehr entstehen. Pluripotente Stammzellen sind für die Stammzellenforschung und das Tissue Engineering besonders interessant. Bei letzterem lautet das Ziel: neues Gewebe in seiner dreidimensionalen Struktur und mit komplexen Aufgaben zu züchten. So könnten eines Tages geschädigte Organe komplett ersetzt werden.

 

Multipotente Stammzellen

Multipotente Stammzellen können sich noch in verschiedene Zellarten ihres Gewebes differenzieren. Die hämatopoetischen Stammzellen bringen beispielsweise alle Bestandteile des Blutes wie Erythrozyten, Leukozyten und Thrombozyten hervor. Auch die neuronalen Stammzellen können sich in verschiedene Zellen des Gehirns entwickeln, allerdings nicht mehr zu Muskelzellen oder Herzzellen.

 

Oligopotente Stammzellen

Oligopotente Stammzellen sind in der Lage, sich noch in einige wenige Zellen ihres Gewebes auszudifferenzieren. Die blutbildenden Stammzellen sind multipotent. Sie teilen sich und eine Tochterzelle kann sich dann zu myeloischen Stammzellen oder lymphoiden Stammzellen weiterentwickeln. Diese beiden Stammzellarten sind nur noch oligopotent. Aus den myeloischen Stammzellen werden Erythrozyten, Granoluzyten, Thrombozyten und Monozyten. Aus den lymphoiden Stammzellen bildet sich ein Teil des Immunsystems – nämlich die T-Zellen, B-Zellen und Killerzellen.

 

Unipotente Stammzellen

Die unipotenten Stammzellen sind in dieser Hierarchie die Stammzellen mit dem geringsten Differenzierungspotential. Sie können sich nur noch zu ihrem Zelltyp entwickeln. Ein Beispiel für unipotente Stammzellen sind spermatogoniale Stammzellen. Sie befinden sich in den Hoden. Aus ihnen können nur Spermien entstehen.