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Stammzellen

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Biologie

Stammzellen sind Zellen, die sich in alle (beziehungsweise fast alle) Arten von Zellen des Körpers teilen können. Aus einer Stammzelle kann also sowohl eine Knochenzelle, als auch eine Leberzelle entstehen.

Entstehung der Stammzellen

Stammzellen vermehren sich durch Teilung. Wie genau das geschieht, erfährst Du im Folgenden.

Die asymmetrische Teilung

Die Teilung von Stammzellen erfolgt durch Mitose und geschieht asymmetrisch. Eine asymmetrische Teilung bedeutet, dass die Zelle sich in eine Mutterzelle und eine Zelle vom spezialisierten Typ teilt. Die Mutterzelle ist eine Kopie der Stammzelle, die die Teilung durchgeführt hat. Die spezialisierte Tochterzelle hingegen wird im weiteren Verlauf ihrer Entwicklung zu einer bestimmten Körperzelle.

Der Zweck der asymmetrischen Teilung

Durch die asymmetrische Teilung der Stammzellen können spezialisierte Zellen entstehen, ohne dass der Körper dafür Stammzellen einbüßen muss. Auf diese Weise bleiben immer Stammzellen übrig, die nicht verbraucht werden und sich nicht spezialisieren. Diese Gesamtheit der Stammzellen, die erhalten bleibt, nennt man Stammzellen-Pool.

Stammzellen Asymmetrische Teilung StudySmarterAbbildung 1: Der Unterschied zwischen symmetrischer (links) und asymmetrischer (rechts) Teilung.Quelle: silo.tips

Die symmetrische Teilung

Während, die asymmetrische Teilung also für die Differenzierung der Stammzelle zu bestimmten Körperzellen wichtig ist, entstehen bei der symmetrische Teilung einer Stammzelle zwei neue Stammzellen. Die symmetrische Teilung sorgt dadurch für die Aufrechterhaltung der Stammzellmenge im Körper.

Potential der Stammzellen

Der Begriff Stammzelle ist ein Oberbegriff für Zellen, die sich in mehrere Zellarten differenzieren können. Man kann Stammzellen auch noch genauer einteilen: Maßstab hierfür ist, inwieweit sich die Zellen schon in eine Richtung differenziert haben und was dementsprechend noch aus ihnen entstehen kann.

Omnipotente Stammzellen

Die omnipotenten Stammzellen sind die Stammzellen unseres Körpers, die noch nicht auf einen Zelltypen festgelegt sind und dadurch alle Möglichkeiten zur Differenzierung haben. Diese omnipotenten Stammzellen kommen nur sehr früh in der Entwicklung vor. Nach der Befruchtung und der Verschmelzung von Spermium und Eizelle wird zunächst die Zygote gebildet. Sie ist omnipotent. Diese Zelle teilt sich dann und wird vom 12. bis zum 16. Zellstadium an als Morula bezeichnet.

'Morula' bedeutet Maulbeere. Da sich im 12. bis 16. Zellstadium die Zellen anhäufen und aneinander liegen, sieht dieses Stadium der Embryonalentwicklung aus wie eine Maulbeere.

Omnipotente Stammzellen können sich in alle Gewebezellen differenzieren. Sie haben das Potential, einen komplett neuen Organismus mit allen verschiedenen Zellarten hervorzubringen.

Pluripotente Stammzellen

Die pluripotenten Stammzellen werden auch als embryonale Stammzellen oder kurz als ES-Zellen bezeichnet. Nach dem Morula-Stadium entwickelt sich eine Blastozyste, die zwei Arten von Zellen besitzt: die Trophoblasten und die Embryoblasten. Diese Zellen sind nicht mehr dazu in der Lage, allein ständig einen kompletten Organismus hervorzubringen, können sich aber noch in alle Zellarten des Körpers differenzieren.

Stammzellen Embryonalphase StudySmarterAbbildung 2a: Die Blastozyste mit ihrem Embryoblast und Trophoblast.Quelle: wikipedia.de

Die einzelnen Stadien sind in Abbildung 2b dargestellt. Der Unterschied zur Omnipotenz ist, dass sich aus pluripotenten Stammzellen kein ganzer Organismus entwickeln kann, da diese selbst schon eine spezialisierte Form darstellen.

Stammzellen Embryonalphase StudySmarterAbbildung 2b: Die verschiedene Stadien der Zellen in der Embryonalphase.Quelle: faminino.de

Multipotente Stammzellen

Multipotente Stammzellen werden auch als Gewebestammzellen bezeichnet. In der dritten Entwicklungswoche entstehen drei Keimblätter, aus denen sich die verschiedenen Gewebe differenzieren. Die multipotenten Stammzellen sind in Bezug auf ihr Entwicklungsvermögen auf ihr spezielles Keimblatt und die entsprechenden Gewebearten reduziert.

Ein Beispiel für multipotente Stammzellen sind die Zellen, aus denen bei der Blutbildung (Hämatopoese) die Blutzellen hervorgehen. Aus diesen hämatopoetischen Stammzellen können sich dann beispielsweise Erythrozyten (rote Blutkörperchen) bilden.

Teilweise werden Stammzellen, die aus Nabelschnurblut entnommen werden, noch einmal von multipotenten Stammzellen differenziert. Hierbei wird die Nabelvene punktiert und dabei gewonnene Zellen können dann beispielsweise zu therapeutischen Zwecken verwendet werden. Aus Nabelschnurblut gewonnene Stammzellen können in rote und weiße Blutzellen sowie Blutplättchen differenziert werden. Sie sind also nach heutigem Stand nicht pluripotent, besitzen aber ein höheres Potential als multipotente Stammzellen.

Oligopotente Stammzellen

Die oligopotenten Stammzellen sind in ihrer Differenzierung sehr limitiert. Dabei können sie sich noch in ein paar verschiedene Zellen ihres Gewebetyps teilen, aber nicht mehr in alle.

Oligopotente Stammzellen kommen im Körper beispielsweise in Form von lymphoiden Stammzellen vor. Diese differenzieren sich zu B- und T-Lymphozyten, welche im Immunsystem arbeiten.

Unipotente Stammzellen

Als unipotente Stammzellen gelten die Zellen, die sich ausschließlich in den Typ Zelle ausdifferenzieren können, zu dem sie selbst gehören.

Ein Beispiel für eine unipotente Stammzelle wäre der Fibroblast, der ins Gewebe einwandert und zum Fibrozyt werden kann. Er ist eine wichtige Zellart des Bindegewebes.

Stammzellarten

Stammzellen können nicht nur anhand ihres Differenzierungspotenzials in Gruppen geteilt werden. Auch anhand der Entwicklungsstadien können sie kategorisiert werden.

Embryonale Stammzellen

Als embryonale Stammzellen werden die Zellen in der Embryonalphase bezeichnet. Diese reicht von der Befruchtung bis zur vierten Entwicklungswoche.

Der Unterschied zwischen der Schwangerschaftswoche (SSW) und der Entwicklungswoche (EW) des Kindes ist, dass die Schwangerschaftswoche ab der letzten Menstruation gemessen wird. Bei der Entwicklungswoche hingegen wird der Zeitpunkt der Befruchtung betrachtet. Damit gibt die EW das tatsächliche Alter des sich entwickelnden Kindes an. Die Faustregel ist: EW + 2 Wochen = SSW; Beispielsweise die 3. SSW ist also somit die 1. EW.

Von der Befruchtung bis zur Morula liegen omnipotente Stammzellen vor. Die Keimblätter der Gewebe entwickeln sich in der 3. EW, dabei sind die Stammzellen nun pluripotent.

Fetale Stammzellen

Die Stammzellen der fetalen Form liegen in der sogenannten Fetalphase vor. Diese schließt sich der Embryonalphase direkt nach der 4. EW an. Sie dauert bis zur Geburt. In der Fetalphase liegen pluripotente und multipotente Stammzellen vor.

Adulte Stammzellen

Wie der Name schon vermuten lässt, sind adulte Stammzellen über die Geburt hinaus auch ins Erwachsenenalter im Körper vorhanden. Dies betrifft vorwiegend multipotente, oligopotente und unipotente Stammzellen.

Stammzellforschung

Vielleicht hast Du schon einmal von der Forschung an Stammzellen und ihrem Potential, Krankheiten zu therapieren, gehört. Im Folgenden lernst Du einige Verfahren kennen.

iPS-Zellen

2012 gelang es erstmals, ausgereifte Zellen eines Erwachsenen in einen embryonalen Zustand zurückzuversetzen. Dies geschah durch sogenannte Transkriptionsfaktoren, die diese Reprogrammierung ermöglichten. Die Zellen, die dadurch gewonnen wurden, hatten pluripotente Eigenschaften und wurden als iPS Zellen bezeichnet.

Ein Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass es für die Gewinnung von pluripotenten Stammzellen keine Embryonen benötigt werden. Zudem sind die Zellen mit dem Spender kompatibel, beispielsweise für Therapien.

Die Transdifferenzierung

Bei der Stammzelltherapie wird eine Zelle in eine pluripotente Zelle umgewandelt (wie bei den iPS-Zellen). Nachdem sie diese Pluripotenz erreicht hat, kann aus ihr die benötigte Zelle, beispielsweise eine Nervenzelle gewonnen werden. Es gibt Methoden, bei denen diese Umprogrammierung ohne den Zwischenschritt der pluripotenten Zelle geht, was als Transdifferenzierung bezeichnet wird. Die Transdifferenzierung wird durch Transkriptionsfaktoren und Wachstumsfaktoren herbeigerufen.

Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die das Ablesen (Transkription) der DNA beeinflussen.

Stammzellen kommen vereinzelt bei Krebstherapien zum Einsatz, z. B. bei Blutkrebs (Leukämie).

Die Ethik hinter der Stammzellforschung

In Deutschland gibt es strenge Gesetze für den Umgang mit Stammzellen. Diese werden vom Gesundheitsministerium und der zentralen Ethik-Kommission verhandelt. Dabei ist der Hauptaspekt für die Zustimmung und Ablehnung der Stammzellforschung die ethische Frage, wann Leben beginnt. Es gibt dazu unterschiedliche Meinungen, ob dies schon nach der Befruchtung, ab der Blastozyste oder erst in der Embryonalphase der Fall ist.

Die Stammzelltherapie

Da die Stammzellen viele Möglichkeiten der Differenzierung besitzen, wird viel am Einsatz von Stammzellen in Therapiemöglichkeiten geforscht.

Stammzelltherapie bei Leukämie

Blutkrebs, auch Leukämie, genannt, ist eine Erkrankung, bei der es zu einem unkontrollierten Wachstum der unreifen Blutkörperchen kommt. Dadurch haben Menschen, die unter Leukämie leiden, zu wenige funktionsfähige Blutkörperchen.

Blutzellen stammen aus einer gemeinsamen Stammzelle des Knochenmarks. Aus dieser bildet sich die myeloische Vorläuferzelle, die sich in die verschiedenen Blutzellen differenzieren kann.

Zu den Blutzellen, die aus der myeloischen Vorläuferzelle stammen, zählen Thrombozyten, Erythrozyten und Monozyten.

Wenn nun eine dieser Stammzellen mutiert und beginnt, sich unkontrolliert zu teilen, werden eine Vielzahl von nicht funktionierenden Blutzellen gebildet.

Der Ablauf der Stammzelltherapie

Wenn eine Behandlung nur mit Medikamenten nicht ausreicht, kann eine Stammzelltherapie zum Einsatz kommen. Diese ist zwar sehr riskant, aber meist die letzte Überlebensmöglichkeit der Patient*innen. Zunächst werden die Blutzellen des Spenders durch Chemotherapie ausgeschaltet. Darauf folgt der Einsatz der Stammzellen eines Spenders, der genetisch nahezu identisch mit den Patient*innen sein muss. Über diese Stammzellen wird ein neues System aufgebaut, das Blutzellen produziert.

Die Risiken der Stammzelltherapie

Mögliche Risiken sind beispielsweise hier die Abstoßung der Zellen, die von der Stammzelle gebildet werden. Zudem sind Patient*innen in der Zeit, in der ihre Blutzellen vernichtet werden, sehr anfällig für Erkrankungen. Durch das geschwächte Immunsystem kann eine leichte Erkrankung zu schweren Reaktionen des geschwächten Körpers führen.

Um den passenden Spenden zu finden, gibt es spezielle Datenbanken. Organisationen bieten Testkits an, mit denen man sich selbst als Spender*in registrieren kann. Auf diese Datenbanken kann im Notfall zurückgegriffen und ein passender Spender ausgemacht werden.

Stammzellen - Das Wichtigste

  • Stammzellen sind Zellen, die sich in verschiedene Zellen ausdifferenzieren können.
  • In wie viele unterschiedliche Zellen sich die Stammzelle differenzieren kann, wird durch die Potenz beschrieben.
  • Es gibt verschiedene Stammzellarten, die sich auf das Alter und die Entwicklung beziehen.
  • Stammzellen stehen oftmals im Fokus der Forschung.

Stammzellen

Stammzellen sind spezielle Zellen, die sich in viele verschiedene Zellarten differenzieren können. Das besondere an Stammzellen ist, dass sie sich in alle, (beziehungsweise fast alle) Arten von Zellen des Körpers differenzieren können.

Die Stammzellen bei Erwachsenen befinden sich hauptsächlich im Knochenmark.

Stammzellen sind Zellen, welche noch stark differenzierbar sind. Dies bedeutet, dass aus einer Stammzelle viele verschiedene Arten von Zellen entstehen können.

Die Stammzellen des Körpers sind beispielsweise an der Bildung von Blutkörperchen und Immunzellen beteiligt und damit unabdingbar für Menschen.

Finales Stammzellen Quiz

Frage

Welche Teilungsart liegt bei den Stammzellen vor?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Teilungsart der Mitose.

Frage anzeigen

Frage

Welche Sonderform der Mitose liegt bei den Stammzellen vor?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Form der asymmetrischen Teilung liegt vor.

Frage anzeigen

Frage

Was entsteht bei der asymmetrischen Teilung der Stammzelle?

Antwort anzeigen

Antwort

Es entsteht eine Stammzelle und eine spezialisierte Zelle.

Frage anzeigen

Frage

Wie nennt man die Stammzellen, die bei der Teilung im Körper vorhanden bleiben? 

Antwort anzeigen

Antwort

Man nennt sie Stammzellen Pool.

Frage anzeigen

Frage

Was bedeutet Morula?

Antwort anzeigen

Antwort

Morula bedeutet Maulbeere.

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Frage

Welche Zelle wird als Morula bezeichnet?

Antwort anzeigen

Antwort

Die embryonalen Zellen vom 12. bis 16. Zellstadium werden als Morula bezeichnet.

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine andere Bezeichnung für pluripotente Stammzellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine andere Bezeichnung ist ES-Zelle.

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Frage

Was ist der Unterschied zwischen pluri- und omnipotenten Stammzellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Unterschied von der Pluri- zur Omnipotenz ist, dass sich aus ihnen kein ganzer Organismus entwickeln kann, da sie selbst schon eine spezialisierte Form darstellen.

Frage anzeigen

Frage

Welche Potenz haben Nabelschnurblut Zellen?

Antwort anzeigen

Antwort

Diese Zellen sind nicht pluripotent, haben aber eine höhere Potenz als multipotente Zellen.

Frage anzeigen

Frage

Wie werden multipotente Zellen auch genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie werden auch als Gewebestammzellen bezeichnet.

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Frage

Nenne ein Beispiel für multipotente Stammzellen.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Beispiel wären hämatopoetische Stammzellen.

Frage anzeigen

Frage

In welcher Form kommen oligopotente Stammzellen beispielsweise vor?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie kommen beispielsweise als lymphoiden Stammzellen vor.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für eine unipotente Stammzelle.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Beispiel ist der Fibroblast.

Frage anzeigen

Frage

Welchen Zeitraum umfasst die Embryonalphase?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie umfasst den Zeitraum von der Befruchtung bis zur 4. EW.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Unterschied zwischen der Entwicklungs- und der Schwangerschaftswoche?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Unterschied zwischen der Schwangerschaftswoche (SSW) und der Entwicklungswoche (EW) des Kindes ist, dass die Schwangerschaftswoche ab der letzten Menstruation gemessen wird. Die Entwicklungswoche aber erst ab der Befruchtung.

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