Fünf Minuten Naturwissenschaftskram: Stammzellen

Stammzellen haben wir alle schon mal irgendwie gehört. Aber was genau können die Dinger eigentlich und wie funktioniert das? Und sind Stammzellen nicht eigentlich irgendwie doch scheiße, weil man sie nur aus Embryos gewinnen kann?
In den nächsten Fünf Minuten erfahrt ihr alles, was man über Stammzellen wissen muss.

Stammzellen sind der Ursprung eines jeden Säugetiers. Jedes Säugetier, jeder Mensch stammt aus einer einzigen Zelle ab. Eine einzige Zelle.. Diese Zelle teilt sich dann, bis ein ausgewachsenes Lebewesen entstanden ist. Das Besondere an dieser Stammezelle ist: Sie trägt alles was es braucht um einen gesamten Organismus zu bauen. Diese eine Zelle kann zu jeder Zelle eines Organismus werden. Egal ob Muskelzelle, Nervenzelle oder Hautzelle. Ganz egal. Unsere kleine tapfere Stammzelle kann zu allem werden. In der Schule habt ihr vielleicht gelernt, dass alle tierischen Zellen gleich sind. Das ist aber Quatsch. Zellen sind hochdifferenzierte Arbeiter. Sowas wie Spezialisten in ihrem Gebiet. Einmal auf dem Weg zu einem Spezialisten gibt es aber keinen Weg mehr zurück.

Und warum sind Stammzellen für die Forschung so wichtig?

Da gibt es eigentlich zwei große Gründe. Einerseits kann man so Forschung an Stammzellen machen, ohne dafür einen Embryo zu "opfern" oder einen bestimmten Zelltyp in Zellkultur züchten ohne Mäuse, Ratten oder ähnliches töten zu müssen. Die Stammzellen könnten dann in vielen Experimenten genutzt werden.
Andererseits, sollten wir tatsächlich mal soweit sein ganze Organe aus Stammzellen züchten zu können, können diese dann ohne Abstoßungreaktion in Menschen transplantiert werden. Würden wir Organe aus Stammzellen aus Embryonen transplantieren, gäbe es wie bei jeder gewöhnlichen Transplantation auch hier Abstoßungreaktionen. Und selbst sollten diese ausbleiben, wäre der Patient sein ganzes Leben auf Medikamente - Immunsupressiva - angewiesen. Stammzellen aus dem eigenen Gewebe könnten das verhindern. Der Körper würde die eigenen Zellen nicht als Feind wahrnehmen. Das wird personalisierte Medizin genannt und gilt als so was wie der heilige Gral im Kampf gegen Alzheimer, Parkinson, ALS und Co.

Reprogramming: Der Weg zurück

Ja ich weiß, ich hab vorhin gesagt, Zellen die einmal spezialisiert sind, können nicht mehr zurück. Aber 2006 hat ein japanischer Forscher geschafft aus ausdifferenzierten Zellen wieder Stammzellen zu machen. Er nannte diese Zellen induzierte pluripotente Stammzellen. Der Forscher heißt Shin’ya Yamanka und hat 2012 den Nobelpreis für seine Entdeckungen bekommen. Dies funktioniert durch die nach ihm benannten Yamanaka Faktoren.
Kurz gesagt, man kann Zellen dazu zwingen vier bestimmte Gene "auszuführen". In der Biochemie nennt man dieses ausführen exprimieren. Werden die Yamanaka Faktoren exprimiert, resetten die Zellen sozusagen und werden wieder zu Stammzellen.
Damit habe ich mich eine Zeit lang im Praktikum beschäftigt. Ich habe aus Bindegewebe einer Maus Stammzellen gezüchtet. Diese können dann wieder zu allen anderen Zellen ausdifferenzieren.

 Abbildung 1: Induzierte pluripotente Stammzellen

Auf Abbildung 1 sind die ersten induziert pluripotenten Stammzellen zu erkennen. Sie sind sehr klein und annähernd rund. Um sie herum sind noch viele Fibroblasten ("Bindegewebe") zu sehen. Ich habe sie außerdem mit einem grün leuchtenden Farbstoff markiert (B) um sie besser zu identifizieren.

Nach mehreren Tagen haben sich größere Kolonien gebildet, wie in Abbildung 2 zu sehen ist.

Abbildung 2: Tag 14 nach Anzucht; Induzierte pluripotente Stammzellen nach Antikörperfärbung


Außerdem habe ich versucht Stammzellen zu verschiedenen Zelltypen zu differenzieren. Das Ergebnis könnt ihr in Abbildung 3 begutachten. Links seht ihr die ganz normalen Durchlicht Bilder. Leider befanden sich die Zellen oft am Rand meiner Kulturschale. Durch die Reflexion des Lichts sieht man dort leider relativ wenig. Allerdings habe ich diese Zellen auch markieren und färben können. Rechts seht ihr also die gefärbten Zellen.  Vereinfacht gesagt seht ihr von oben nach unten: Hautzellen, Muskelzellen und Nervenzellen.

Abbildung 3: Durchlichtbilder der Zellkulturen unter Differenzierungsbedinungen (rechts), sowie durch Antikörperfärbung sichtbar gemachte Zelltypen von oben nach unten: Epithelzellen ("Hautzellen"; Myozyten ("Muskelzellen"), Neurone ("Nervenzellen")