Stammzellen: Aufbau, Arten und Anwendung

Stammzellen sind Zellen, die sich noch nicht endgültig auf eine bestimmte Aufgabe im Körper festgelegt haben. Anders als eine fertige Muskel- oder Nervenzelle können sie sich einerseits durch Zellteilung selbst erneuern und andererseits zu spezialisierten Zellen weiterentwickeln.

Diese Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu entwickeln, nennt man Potenz. Je nachdem, wie viele verschiedene Zelltypen aus einer Stammzelle entstehen können, unterscheidet man mehrere Stufen, von der totipotenten Zelle, aus der noch ein vollständiger Organismus entstehen kann, bis zur multipotenten Zelle, die nur noch wenige verwandte Zelltypen bilden kann.

Ein häufiger Fehler ist, alle Stammzellen für gleich vielseitig zu halten. Tatsächlich unterscheiden sich Stammzellen stark in ihrem Entwicklungspotenzial, je nachdem, aus welcher Entwicklungsphase oder welchem Gewebe sie stammen.

Embryonale Stammzellen stammen aus einem sehr frühen Entwicklungsstadium des Embryos, der Blastozyste, die sich wenige Tage nach der Befruchtung bildet. Sie gelten als pluripotent, das heißt, sie können sich noch in nahezu jeden Zelltyp des Körpers entwickeln, allerdings nicht mehr in einen vollständigen Organismus.

Adulte Stammzellen dagegen finden sich in vielen Geweben des erwachsenen Körpers, etwa im Knochenmark, in der Haut oder im Darm. Sie sind meist multipotent, können sich also nur in eine begrenzte Anzahl verwandter Zelltypen entwickeln, dafür aber lebenslang zur Erneuerung von Gewebe beitragen.

Die Gewinnung embryonaler Stammzellen erfordert in der Regel die Zerstörung eines frühen Embryos, was ethisch umstritten ist. Adulte Stammzellen lassen sich dagegen ohne diesen Konflikt aus dem Körper eines lebenden Menschen entnehmen, etwa aus Knochenmark oder Nabelschnurblut.

Den Prozess, bei dem sich eine unspezialisierte Stammzelle schrittweise zu einer spezialisierten Zelle mit fester Funktion entwickelt, nennt man Differenzierung. Dabei werden bestimmte Gene an- und andere Gene abgeschaltet, sodass am Ende beispielsweise eine Muskelzelle, eine Nervenzelle oder eine Hautzelle entsteht.

Wichtig dabei: Alle Körperzellen tragen dieselbe Erbinformation in Form der DNA, unterscheiden sich aber darin, welche Gene tatsächlich abgelesen und in Proteine übersetzt werden. Differenzierung bedeutet also nicht den Verlust von Erbinformation, sondern eine gezielte Steuerung, welche Gene aktiv sind.

Die Differenzierung verläuft meist über mehrere Zwischenstufen: Aus einer pluripotenten Stammzelle entsteht zunächst eine Vorläuferzelle, die bereits auf eine Gewebeart festgelegt ist, bevor am Ende die fertig ausdifferenzierte, spezialisierte Zelle steht.

Seit 2006 ist es möglich, bereits ausdifferenzierte Körperzellen im Labor gezielt in einen pluripotenten Zustand zurückzuprogrammieren. Solche künstlich erzeugten Zellen nennt man induzierte pluripotente Stammzellen, kurz iPS-Zellen. Für diese Entdeckung wurde Shinya Yamanaka 2012 mit dem Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ausgezeichnet.

Der große Vorteil von iPS-Zellen ist, dass sie aus gewöhnlichen Körperzellen, etwa Hautzellen, gewonnen werden können, ohne dass dafür ein Embryo zerstört werden muss. Dadurch lässt sich ein Teil des ethischen Konflikts umgehen, der die embryonale Stammzellforschung begleitet.

Ein typischer Fehler ist zu glauben, iPS-Zellen seien mit embryonalen Stammzellen völlig identisch. Sie verhalten sich in vielen Eigenschaften sehr ähnlich, unterscheiden sich in Details der Zellbiologie aber weiterhin von echten embryonalen Stammzellen.

Adulte Stammzellen werden bereits seit Jahrzehnten in der Medizin eingesetzt, etwa bei der Knochenmarktransplantation zur Behandlung bestimmter Blutkrebsarten. Dabei werden blutbildende Stammzellen übertragen, die im Körper des Empfängers wieder gesunde Blutzellen bilden.

Embryonale Stammzellen und iPS-Zellen sind dagegen vor allem Gegenstand aktueller Forschung, etwa zur Entwicklung neuer Therapien für Nervenerkrankungen oder zur Herstellung von Gewebe im Labor. Viele Anwendungen befinden sich noch in klinischen Studien und sind noch keine Standardbehandlung.

Die Stammzellforschung wirft weiterhin ethische Fragen auf, insbesondere zur Verwendung embryonaler Stammzellen. In Deutschland regelt das Stammzellgesetz genau, unter welchen strengen Bedingungen die Forschung mit importierten embryonalen Stammzellen erlaubt ist.