Hausarbeit. von. Nora Eisenberg, Q1, Bio5

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1 Stammzelltherapie Dezember 2013 Hausarbeit von Nora Eisenberg, Q1, Bio5 Gliederung: 1. Einführung zum Thema Stammzelltherapie 2. Stammzellen Definition Unterscheidung der Zelltypen in: 3. Stammzelltherapien:! Adulte Stammzellen! Embryonale Stammzellen Therapie mit Adulten Stammzellen Therapie mit Embryonalen Stammzellen Therapie mit Fetalen Stammzellen Autologe Adulte Stammzelletherapie (Transplantation) Knochenmarktransplantation als erste Stammzelltherapie 4. Multiple choice Quiz 5. Zusammenfassung/Lösung des Quiz 6. Quellen 1

2 1. Einführung zum Thema Stammzelltherapie Alle medizinischen Therapieverfahren, bei denen mit Stammzellen gearbeitet wird und diese der wesentliche Bestandteil der Behandlung sind, werden dem Begriff der Stammzelltherapie zugeordnet. Das bekannteste Beispiel einer Stammzelltherapie ist die Behandlung des Blutkrebses, der Leukämie. 1 Schon seit 1969 werden hierbei Zellen aus dem Knochenmark transplantiert und so das Blutsystem der Leukämie- Patienten neu aufgebaut. Darüber hinaus werden seit den 80er Jahren mithilfe von Haut- Stammzellen Verbrennungen erfolgreich behandelt und außerdem werden seit Anfang des 21. Jahrhunderts neben Knochenmark auch Nabelschnur- Stammzellen verwendet. Stammzelltherapien galten dank ihrer enormen Erfolge lange Zeit als das Wundermittel in der Medizin, doch blieben die Anstrengungen der Stammzellen- Forscher in vielen Bereichen leider erfolgslos und es konnten sich nur wenige Stammzelltherapien durchsetzen. So können zum Beispiel die weit verbreiteten Herz- und Kreislauferkrankungen nicht durch Stammzelltherapien behandelt werden, denn obwohl sich Knochenmark- Stammzellen in verschiedenen klinischen Versuchen auch zu Herzzellen entwickeln konnten, ist der Neuaufbau von geschädigtem Herzgewebe unerreichbar. Die Therapie- Ansätze zu den Behandlungen von Diabetes und von Erkrankungen der Leber, der Lunge und des Darmes hingegen kamen nicht einmal mehr über Tierversuche hinaus. Schließlich ernüchterte die Stammzelltherapie bei Parkinson- Patienten. Mithilfe von fetalen Stammzellen, die in das Gehirn von Patienten mit Parkinson transplantiert wurden, konnte nur einzelnen Patienten geholfen werden, bei vielen rief die Stammzelltherapie jedoch eine Verschlimmerung der Krankheit durch sich verstärkende Bewegungsstörungen hervor

3 2. Stammzellen Definition Stammzellen sind Zellen, die sich noch nicht speziell auf ihre Funktion im späteren Organismus festgelegt haben, also noch nicht determiniert sind. 3 Determination beschreibt die Zelldifferenzierung, die fortschreitende Einengung bzw. Spezialisierung der Entwicklungsmöglichkeiten von Zellen, die noch im frühen Stadium zur allseitigen Entwicklung fähig sind. Die Zellen verändern sich hierbei strukturell und funktionell im Hinblick auf ihre spätere Aufgabe im Organismus. 4 Durch mitotische Zellteilungen werden aus Stammzellen weitere Stammzellen gebildet und spezialisierte Zellen entstehen dann durch die Differenzierung dieser Stammzellen. Jedoch gibt es unterschiedliche Arten von Stammzellen, die sich folglich auch zu unterschiedlich spezialisierten Zellen differenzieren können. So entwickeln sich aus ehemals gleichen Zellen, spezialisierte Zellen, die sich im Bau und in ihren Funktionen unterscheiden. Zu dieser Zelldifferenzierung kommt es durch die unterschiedliche Verteilung von Signalstoffen auf die Tochterzellen, was bereits bei der ersten mitotischen Zellteilung stattfindet und für das Aus- bzw. Anschalten bestimmter Gene zu einer bestimmten Zeit in einer Zelle verantwortlich ist. Bezeichnet wird dies als differenzielle Genaktivität, die also dafür sorgt, dass jede Zelle seit dem Moment ihrer Entstehung, der Mitose, ihre Aufgabe früher oder später ausführen wird Tafelbild von Herr Gottsleben aus der E

4 Menschliche Stammzellen: stammzellen- aus- der- nabelschnur.35.de.html?dram:article_id=5803 Unterscheidung der Zelltypen Im Allgemeinen werden Stammzellen in adulte und embryonale Stammzellen unterteilt. Neben ihrem Vorkommen unterscheiden sich diese vor allem im Differenzierungsgrad, bei der Eigenschaft, sich in unterschiedliche Zelltypen differenzieren zu können: - Omnipotente (auch totipotente) Stammzellen können sich in alle Zelltypen des Organismus differenzieren und sich zu einem vollständigen, lebensfähigen Organismus entwickeln. Ein Beispiel ist die befruchtete Eizelle. - Pluripotente Stammzellen können sich in fast alle Zelltypen der drei Keimblätter* differenzieren. Ein Beispiel sind embryonale Stammzellen. *(Gewebecluster, die sich während der Embryogenese [=biologischer Prozess, der zur Bildung des Embryos führt] bilden und von denen sich später alle Strukturen des menschlichen Körpers ableiten, die während der Organ- und Gewebeentwicklung entstehen. Die 3 Schichten heißen (von innen nach außen): Entoderm, Mesoderm und Ektoderm 6 ) 6 4

5 - Multipotente Stammzellen können sich zu verschiedenen Zelltypen innerhalb eines Gewebetyps differenzieren. Ein Beispiel sind Stammzellen der Blutbildung. - Oligopotente Stammzellen können sich nur in wenige unterschiedliche Zelltypen eines Gewebetyps differenzieren. Ein Beispiel sind lymphoide Stammzellen Unipotente Zellen sind hingegen normale teilungsfähige Zellen, die nur Zellen ihres Zelltypens bilden können. Ein Beispiel sind Zellen des Bindegewebes (Fibroblasten). 7 Unterschiedliche Stammzellarten:

6 10! Adulte Stammzellen:,,Adult heißt soviel wie erwachsen, diese Zellen kommen in jedem Lebensalter vor. 8 Adulte Stammzellen können sich im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen nicht mehr ganz frei determinieren und haben die Aufgabe, geschädigtes Gewebe zu ersetzen, indem sie sich zu Zellen jenes Gewebes differenzieren und es so reparieren. So verlieren sie unter Umständen ihre Fähigkeit zur Teilung, allerdings können sie gewebespezifische Aufgaben erfüllen. Allgemein sind adulte Stammzellen multipotent, sie können sich also nur in verschiedene Zelltypen innerhalb eines Gewebetyps differenzieren. Sie befinden sich bei jedem Menschen in allen Geweben, zum Beispiel in den Organen, im Knochenmark und in der Nabelschnur stammzellentherapie.php 9 6

7 ! Embryonale Stammzellen: Embryonale Stammzellen stammen aus menschlichen Embryos, wenn diese wenige Tage alt sind und können in zwei Typen unterteilt werden: - Zum einen gibt es embryonale Stammzellen, die nur im Blastomerenstadium* existieren und aus denen sich später alle Zelltypen des entstehenden Lebewesens entwickeln, sie sind also omnipotent bzw. totipotent. - Außerdem gibt es embryonale Stammzellen aus den Blastozysten- Stadien**, die pluripotent sind. Aus diesen können sich sämtlichen Zellen der Hauptgewebetypen (Endodermal: Wandzellen des Verdauungstraktes; Mesodermal: Muskeln, Knochen, Blutzellen; Ektodermal: Hautzellen und Nervengewebe) entwickeln, jedoch keine Plazenta mehr. 11 *(=erstes Entstehen von Tochterzellen 12 ) **(= Stadium der Embryogenese, das durch die Ausbildung einer mit Flüssigkeit gefüllten Höhle gekennzeichnet ist 13 ) 3. Stammzelltherapie Therapie mit Adulten Stammzellen Adulte Stammzellen werden aus Knochenmark durch eine aufwändige Knochenmarkpunktion gewonnen und anschließend labortechnisch mithilfe von verschiedenen chemischen Substanzen vermehrt (kultiviert), wobei deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus kaum vorhersagbar sind. Außerdem werden adulte Stammzellen aus Fettgewebe (durch das Verfahren der Liposuktion) gewonnen, die dort so zahlreich vorhanden sind, dass sie nicht kultiviert werden müssen, was deren potentere Wirkung verantwortet und ein Tumorrisiko ausschließt. 14 Die Patienten können mit ihren eigenen Zellen behandelt werden, was eine Übertragung von Krankheiten ausschließt und den Vorteil hat, dass körpereigene Zellen nicht vom Immunsystem angegriffen werden, sodass dem Patienten lebenslang einzunehmende Medikamente erspart werden stammzellentherapie.php

8 Die adulten Stammzellen bewirken einen Ersatz defekter Zellen und können außerdem geschädigte Zellen zu Regenerationsprozessen anregen und Entzündungsprozesse unterbrechen. Nicht nur die Stammzellen selber, sondern auch deren Syntheseprodukte (z.b. Wachstumsfaktoren und Cytokine) sind dabei aktiv, sodass eine vielseitige therapeutische Anwendungsmöglichkeit gegeben ist. So kann z. B. bei Arthrose die Verbindung von regenerativen und entzündungshemmenden Eigenschaften genutzt werden. 16 Therapie mit Embryonalen Stammzellen Da embryonale Stammzellen omnipotent bzw. pluripotent sind, können sie sich in (fast) alle Gewebeformen differenzieren. Darüber hinaus weisen sie eine sehr hohe Teilungsrate auf, so sind sie schnell in großer Menge vorhanden, bringen aber auch die Gefahr der Entwicklung von Tumoren mit sich. Allerdings ist die Therapie bzw. Forschung mit embryonalen Stammzellen sehr umstritten, da zu ihrer Gewinnung die destruktive Embryonenforschung (die Tötung des Embryos) notwendig ist. Diese ethischen Erwägungen behindern einen therapeutischen und medizinischen Fortschritt. 17 An embryonale Stammzellen gelangt man durch Blastozysten, ein sich nach ca. 5 Tagen nach der Befruchtung der Eizelle entwickelndes Embryo. Die Blastozyste besteht aus zwei Zellarten. Die Zellen auf der Oberfläche entwickeln sich zu einem Teil der Plazenta, die im Innenraum zum Embryo. Diese Embryoblasten werden labortechnisch isoliert und durch ihre hohe Teilungsrate vermehrt, wobei sie sehr empfindlich sind, leicht absterben und sich möglicherweise auch auf unerwünschte Weise verändern können. Aber embryonale Stammzellen bringen auch das Problem mit sich, dass sie vom Körper als fremd erkannt werden und damit sie nicht abgestoßen werden, müsste ein Patient lebenslang Immunsuppressiva einnehmen. Auch könnten sich einzelne embryonale Stammzellen zu Teratom entwickeln, eine besondere Krebsart. 18 Embryonale Stammzellen werden seit Ende 2010 am Menschen getestet, ihre therapeutische und medizinische Zukunft ist noch unklar stammzellentherapie.php

9 Gewinnung von embryonalen Stammzellen: Therapie mit Fetalen Stammzellen Fetale Stammzellen sind eine Übergangsform, denn sie sind nicht mehr ganz so wandelbar wie embryonale, aber weitaus wachstumsfreudiger als adulte Stammzellen. Gewonnen werden sie aus älteren Embryonen oder aus Feten mit bereits ausgebildeten inneren Organen und auf ein bestimmtes Körpergewebe festgelegten Stammzellen. Pluripotente Stammzellen werden hier nur noch aus den Urkeimzellen der Keimdrüsenleiste gewonnen. Fetale Stammzellen haben ähnliche Eigenschaften wie embryonale und bringen die Vorteile von kaum beschädigten Erbanlagen, sehr hohem Wachstumspotential und guten Isolierbarkeit mit sich. Gerade wenn nur wenige adulte Stammzellen vorhanden sind (z.b.im Gehirn), sind sie für die Entwicklung von Stammzelltherapien wichtig. Autologe Adulte Stammzelltherapie Sie ist sehr risikoarm und eine Art der Transplantation, bei der dem Patienten die eigenen Stammzellen zurück injiziert werden. Die im Blut vorkommenden Stammzellen werden dabei durch die so genannte Leukapherese von anderen Zellen im Blut getrennt und diese dann wiederum mithilfe von Antikörpern von möglicherweise ebenfalls entnommenen 9

10 Tumorzellen. Nachdem die Stammzellen wider injiziert wurden, siedeln sich diese im Knochenmark an und bilden dort neue, gesunde Blutzellen. 20 Knochenmarktransplantation als erste Stammzelltherapie Die erste Stammzelltherapie war eine Knochenmarktransplantation bei Leukämie- Patienten vor über 40 Jahren. Heute ist sie mit weltweit Transplantationen im Jahr eine unverzichtbare Behandlung, die aber einen drastischen Eingriff mit sich bringt. Dem Leukämie- Patienten wird dabei zunächst das eigene Knochenmark durch radioaktive Bestrahlung und einer aggressiven Chemotherapie vollständig entfernt, damit das alte Immunsystem das neue Knochenmark nicht abstößt. Sorgfältig muss dann ein passender Spender ausgewählt werden, sodass das transplantierte Knochenmark den Patienten nicht angreift. Nach dieser Stammzellentransplantation hat der Patient kaum eigene Blutzellen und ist sehr anfällig für Infektionen. Geht alles gut, regenerieren die transplantierten Stammzellen das Blut und produzieren neue, gesunde Zellen

11 4.Multiple choice Quiz (möglich sind 1-3 Antworten) 1. Bekanntes Beispiel einer Stammzelltherapie ist die Behandlung bei [ ] Kopfschmerzen [ ] Leukämie [ ] Erkrankungen der Leber 2. Stammzellen sind [ ] noch nicht determinierte Zellen [ ] Tumorzellen [ ] nur bei Embryos vorhanden 3. Die befruchtete Eizelle ist eine Stammzelle [ ] pluripotente [ ] multipotente [ ] omnipotente 4. Oligopotente Stammzellen können sich [ ] nur in wenige unterschiedliche Zelltypen eines Gewebes differenzieren [ ] in fast alle Zelltypen der drei Keimblätter differenzieren [ ] in alle Zelltypen des Organismus differenzieren 5. Adulte Stammzellen [ ] können sich völlig frei differenzieren [ ] sind multipotent [ ] haben die Aufgabe, stark beanspruchte Organe zu regenerieren 6. Embryonale Stammzellen [ ] stammen aus menschlichen Embryos, wenn diese nur wenige Tage alt sind [ ] sind ethisch unumstritten [ ] sind omnipotent (totipotent) bzw. pluripotent 7. Adulte Stammzellen werden gewonnen aus [ ] Feten [ ] dem Knochenmark [ ] dem Fettgewebe 8. Ein erhöhtes Tumorrisiko besteht bei der [ ] Adulten Stammzelltherapie [ ] Embryonalen Stammzelltherapie [ ] Autologen Adulten Stammzelltherapie 9. Bei Knochenmarktransplantationen [ ] werden dem Spender aus dem Hüftknochen Blut- Stammzellen entnommen [ ] werden die kranken Immunzellen des Leukämie- Patienten abgetötet [ ] bilden die gespendeten Blut- Stammzellen ein neues und gesundes Immunsystem 11

12 5. Zusammenfassung / Lösung des Quiz Die jeweils richtigen Lösungen sind: Frage 1: 2 Frage 2: 1 Frage 3: 3 Frage 4: 1 Frage 5: Frage 6: Frage 7: Frage 8: 2 Frage 9: Quellen Tafelbild von Herr Gottsleben aus der E2 zelle- unterschiede- zu- einer- stammzelle_ stammzellen- aus- der- nabelschnur.35.de.html?dram:article_id= stammzellentherapie.php