Top-Einsatzmöglichkeiten von Stammzellen in der Medizin

Die Erforschung der Struktur, Manipulation und Therapie von Stammzellen hat zu vielen möglichen Krankheitsbehandlungen geführt. Stammzellforschung ist häufig mit der Verwendung von umstrittenen embryonalen Stammzellen (ESCs) verbunden, obwohl Wissenschaftler beginnen, nicht-embryonale Stammzellen häufiger zu verwenden. Diese Zellen, die als induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) bezeichnet werden, stammen aus der somatischen Zelllinie eines Patienten (alle Zellen mit Ausnahme derjenigen, die an der Reproduktion beteiligt sind). Wie ESCs sind iPSCs in der Lage, sich in jeden Zelltyp zu differenzieren und haben keine vorgegebene Endstruktur.

Neben der Überwindung dieser ethischen Kontroverse um die Verwendung von Stammzellen haben neuere Arbeiten gezeigt, dass die Verwendung von iPSCs wirksamer sein kann als MSCs, da letzteres mit Alterungsnachteilen verbunden ist.

Eine weitere in der Forschung häufig hervorgehobene Art von Stammzellen ist die gewebespezifische (auch als somatische/adulte) Stammzelle bezeichnet. Diese Stammzellen sind spezifischer als die ESCs oder iPSCs und differenzieren typischerweise in Zelltypen, die ein bestimmtes Gewebe umfassen. Die MSC ist zum Beispiel eine adulte Stammzelle, aus der Knochen-, Knorpel-, Muskel- und Markfettzellen entstehen. Für mehr über Stammzelltypen, klicken Sie hier.

Anwendungen für die Stammzelltherapie

Angesichts der Vielfalt der Stammzelltypen und ihres potenziellen Nutzens in der Medizin wurde ihrer Verwendung viel Forschung gewidmet. Im Folgenden werden einige Bereiche beschrieben, in denen Stammzelltherapien und -forschung angewendet wurden.

Haut

In einem früheren Papier veröffentlicht in der Natur, Forscher angewendet genetisch veränderte Stammzellen zur Regeneration der Haut bei einem Patienten mit einer Krankheit bekannt als epidermolysis bullosa. Dieser vererbbare Zustand entsteht durch Mutationen in Genen, die mit den Kollagen- und Lamininproteinen zusammenhängen, und kann die Haut schwer schädigen. Die Forscher erhielten gewebespezifische Stammzellen aus einer Biopsie der gesunden Haut des Patienten, veränderten diese Zellen genetisch, um funktionierendes Laminin zu exprimieren, und implantierten diese Zellen erneut in das betroffene Gebiet. Diese Technik konnte 80 Prozent der bei diesem Patienten verlorenen Haut reproduzieren. Obwohl die Verwendung von MSCs und iPSC-abgeleiteten Hautzellen in ähnlichen Transplantationen aufgetreten ist, wird diese gewebespezifische Stammzelltechnik häufiger bei der Hautregeneration verwendet.

Herz

Herzmuskel ist ein Gewebe, das im Körper nicht leicht regeneriert werden kann. Behauptungen bezüglich gewebespezifischer Stammzellen im Herzen sind umstritten, und der dokumentierte Umsatz in Herzmuskelzellen ist extrem langsam. Wenn man einen Herzinfarkt (Myokardinfarkt) hat, wird der Blutfluss zum Herzen blockiert und diese Gewebe beginnen infolgedessen zu sterben. Ohne natürliche Mittel zur Regeneration dieses Gewebes sind Herztransplantationen die einzige Option für Menschen mit schweren Herzschäden. Forscher haben versucht, MSCs in der Behandlung zu verwenden, aber langfristige Ergebnisse wurden nicht erreicht. ES wurde jedoch festgestellt, dass ESCs aus Herzzellen den Herzmuskel nach einem Infarkt in Tiermodellen wieder aufbauen. Nagetierstudien ergaben optimistische Ergebnisse, aber Studien an Primaten zeigten bei einigen Komplikationen. Die Struktur des Herzens ist komplex und besteht aus vielen verschiedenen Zelltypen, und die Forscher arbeiten weiterhin daran, Probleme in Bezug auf die Verwendung von ESC und iPSC bei der Regeneration solcher Gewebe anzugehen.

Auge

Die Stammzelltherapie ist auch bei der Behandlung von Menschen mit Sehverlust von Nutzen, wobei Therapien zur Wiederherstellung der Integrität des retinalen Pigmentepithels (RPE) eingesetzt werden. Die Lieferung von Stammzellen an die Netzhaut (im hinteren Teil des Auges) ist eine schwierige Aufgabe, aber Beweise aus klinischen Studien unterstützen die Verwendung von ESC- und iPSC-abgeleiteten RPE-Zellen bei der Behandlung von altersbedingter Makuladegeneration. Diese Krankheit ist durch den Verlust von Photorezeptoren und RPE-Zellen in der Netzhaut gekennzeichnet und kann zu einem vollständigen Sehverlust führen. Eine frühzeitige Behandlung der Krankheit würde das Auffüllen dieser RPE-Zellen erfordern, aber spätere Stadien müssen auch auf die Regeneration der Photorezeptoren abzielen. Die Transplantation gesunder RPE-Zellen von einem Spender birgt potenzielle Risiken für die Immunantwort, und die Verwendung von Stammzellen könnte diese Barriere möglicherweise überwinden.

Skelettmuskel

Neuere Forschungen zielen darauf ab, Muskelstammzellen (MUSC) bei der Regeneration von Skelettmuskeln für Menschen mit Erkrankungen wie Muskeldystrophie zu verwenden. Diesen Patienten fehlen Proteine, die für die muskuläre Integrität unerlässlich sind, und es kommt zu einem allmählichen Verlust an Muskelmasse. Es wurde festgestellt, dass es schwierig ist, diese MuSCs in einer Zellkultur zu züchten, was Nachteile für ihre potenziellen Anwendungen verursacht. Obwohl es in klinischen Studien nicht verwendet wurde, ist ein anderer Ansatz für dieses Problem die Stimulierung von MuSCs in situ, die bei Nagetieren modelliert wurde. iPSCs haben sich als Kandidat herausgestellt, da sie einen Genersatz vor der Implantation ermöglichen würden. Alternativ wurde die Gentherapie als ein Bereich von starkem Interesse an der Regeneration der Muskelmasse genannt.

Nervengewebe

Ähnlich wie der Herzmuskel regeneriert sich das Nervengewebe nicht aktiv. In der Tat ist Neurogenese ein Prozess, der fast vollständig in utero auftritt, und sobald das Gehirngewebe beschädigt wird, gibt es keinen natürlichen Heilungsprozess. Im Gegensatz zum Herzgewebe gibt es derzeit keine Transplantationsmöglichkeit für Nervengewebe, was es für die Stammzellforschung von besonderem Interesse macht. Studien an Nagetieren haben gezeigt, dass von pluripotenten Stammzellen (PSC) abgeleitete Neuronen bei der Behandlung der Parkinson-Krankheit wirksam sein könnten, und ähnliche Studien mit iPSCs und ESCs werden bald folgen.

Bauchspeicheldrüse

Die Bauchspeicheldrüse regeneriert keine insulinproduzierenden Zellen aus ihren eigenen Stammzellen. Daher werden PSCs von Forschern untersucht, die Diabetes behandeln möchten. Es wurde berichtet, dass ESCs sowohl in vitro als auch nach Transplantation in Tiermodelle lebensfähige insulinproduzierende Zellen ergeben, und derzeit werden Studien am Menschen mit ESCs durchgeführt.

Blut

PSCs bieten das Potenzial zur Bildung roter Blutkörperchen in vitro und bieten eine Alternative zur Verwendung von Spenderblut. Diese in vitro mit PSCs erzeugten roten Blutkörperchen blieben unreif (kernig), bis sie in Nagetiermodelle injiziert wurden, wo sie zu funktionellen Zellen reiften. Um die Versorgung mit Blutplättchen auf ähnliche Weise zu erhöhen, verwenden Forscher PSCs, um auch in vitro Megakaryozytenpopulationen zu erzeugen. Obwohl diese Lösungen effektiv sein könnten, bleibt die Produktion von PSC-abgeleiteten Blutzellen kostspielig und ineffizient. Die Schaffung von PSC-abgeleiteten T-Zellen für die Verwendung in Krebstherapien ist ebenfalls von Interesse, da Krebspatienten extrem niedrige Spiegel dieser weißen Blutkörperchen aufweisen.