Meristeme, embryonale & adulte Stammzellen

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die sich in diverse Gewebeformen entwickeln beziehungsweise differenzieren können. Dabei liegen nicht nur zu Beginn der Entwicklung Stammzellen vor (embryonale Stammzellen), sondern auch beim ausgewachsenen Lebewesen (adulte Stammzellen). So erklärt sich, wie aus einer Ursprungszelle ein grosser, komplexer Organismus wird, der sich ausserdem teilweise eigenständig regenerieren kann.

Stammzellen und ihr Potenzial in der Medizin und Gentechnik sind sehr interessant, doch werfen sie viele wissenschaftliche, ethische und soziale Fragen auf.

Schlüsselbegriff	Erklärung
Differenzierung	Spezialisierung, Unterscheidung.
Stammzelle	Undifferenziert, können sich in diverse Zelltypen differenzieren, bei Teilung Schaffung einer Kopie der Stammzelle.
Embryonale Stammzelle	Toti- oder pluripotent, Zellen von Zygote bis Blastocyste.
Adulte Stammzelle	Multipotent, auch Gewebestammzellen.
Meristeme	Pflanzliche Stammzellen, meist an Sprossspitzen lokalisiert.
Totipotenz	Von totus (ganz); kann sich in alle Zelltypen entwickeln und einen gesamten Organismus erschaffen.
Pluripotenz	Von plus (viel); kann sich in viele Zelltypen entwickeln, aber keinen gesamten Organismus erschaffen.
Multipotenz	Von multus (mehrere); kann sich noch in mehrere Zelltypen von bestimmte Gewebetypen entwickeln, aber keinen gesamten Organismus und kein ganzes Organ mehr erschaffen.
Meristeme	Pflanzliche Stammzelle, meist totipotent.
iPS-Zellen	Induzierte pluripotente Stammzellen; Körperzellen, die durch epigenetische Rückprogrammierung wieder wie pluripotente Stammzellen funktionieren.

Stammzellen

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, noch ohne spezifischen Eigenschaften, aber mit dem Potenzial, dieses zu entwickeln. Dieses Potenzial ist sehr wichtig und wertvoll für die Bildung verschiedener Zelltypen, die diverse Aufgaben und Funktionen im Körper übernehmen sollen. Es gibt verschiedene Arten von Stammzellen.

Entwicklungsfähigkeit - Potenz

	Totipotente Stammzellen	Pluripotent Stammzellen	Multipotent Stammzellen
Differenzierung	Können gesamten Organismus hervorbringen	Können sich in viele verschiedene Zelltypen (Gewebe) des Organismus entwickeln	Können sich in mehrere verschiedene Zelltypen eines Gewebes entwickeln
Differenzierung	In alle Zelltypen eines Organismus	In viele Zelltypen eines Organismus, aber nicht alle	In mehrere Zelltypen eines Gewebetypen
Stammzellen	Embryonale Stammzellen	Adulte Stammzellen
Bezeichnung	Zygote bis 8-Zellstadium	16-Zellstadium bis Blastocyste	Ab Blastozyste (je älter, desto weniger), zum Beispiel Knochenmark-Stammzellen

Biologie; Reproduktionsbiologie; 1. Gymi; Meristeme, embryonale & adulte Stammzellen

(1.) Befruchtung (2.) Embryo im Blastocystenstadium (3.) einzelne embryonale Stammzellen (4a-5a.) Hautzellen (4b-5b.) Zellen des Blutes (4c5c.) Zellen des Darmes (4d-5d.) Nervenzellen

Embryonale Stammzellen

Potenz	Totipotent
Herkunft	Zygote bis 8-Zellstadium, vereinzelte Zellen von Morula und Blastocyste
Info	Kann sich in jedes denkbare Gewebe differenzieren und einen ganzen Organismus hervorbringen

Adulte Stammzellen

Potenz	Pluri- oder multipotent
Herkunft	Gewebe von Embryonen/Feten, Nabelschnurblut, bei bestimmten Körpergewebe von Kindern und Erwachsenen
Info	Nur in verwandte Zelltypen differenzierbar
Beispiel	Knochenmark-Stammzellen können sich in neue Blutzellen (rote und weisse Blutkörperchen, oder Blutplättchen)

Meristeme

Potenz	Meist totipotent
Herkunft	Pflanzenzellen, meist in der Nähe der Spitzen von Sprossen und Wurzeln
Info	Einzelne Meristeme können zu einer kompletten Pflanze, Blätter oder Blüten werden

Biologie; Reproduktionsbiologie; 1. Gymi; Meristeme, embryonale & adulte Stammzellen

(1.) Gewinnung von Meristemen (2.) Meristeme auf ein Nährmedium setzen, das ausreichend Nährstoffe enthält (3.) Heranzüchtung von Abkömmlingen (4.) Transfer aus Nährmedium in normale Umgebung

Forschung mit Stammzellen

Embryonale Stammzellen sind für die Wissenschaft im Moment von grossem Interesse, da in ihnen das Potenzial gesehen wird, manche Krankheiten zu heilen. Totipotente Stammzellen könnten im Labor künstlich in benötigte Gewebe oder Organe differenziert werden. Nicht nur um die Organe ersetzen zu können, sondern auch um Stoffe herstellen zu können, die die Organe sonst herstellen.

Biologie; Reproduktionsbiologie; 1. Gymi; Meristeme, embryonale & adulte Stammzellen

(1.) Eizelle (2.) Körperzelle des zu klonenden Individuums (3.) Zellkern der Eizelle wird entfernt (4.) der Zellkern aus der Körperzelle wird in die Eizelle eingesetzt (5.) Anregung zur Zellteilung (6.) Erzeugung eines Embryos (7.) Entnahme der Stammzellen nach 4-5 Tagen (8.) Züchtung der Stammzellen

Beispiele:

Die Bauchspeicheldrüse besteht mitunter aus Zellen, die Insulin produzieren. Diese Zellen könnten herangezüchtet werden, um das Insulin für Menschen mit Diabetes zu verwenden.
Bei Verlust, Erkrankung oder Verletzung eines Organs, könnten embryonale Stammzellen im Labor zu dem Wunschorgan, oder Wunschgewebe differenziert werden.

Adulte Stammzellen werden bereits als Transplantat für Patienten mit Blutkrankheiten wie Leukämie verwendet. Bei allen Transplantaten besteht jedoch das Risiko, dass sie vom Immunsystem einer Person abgestossen werden können.

Meristeme können extrahiert und dazu verwendet werden, eine Pflanze mit viel Sorgfalt und Aufwand zu klonen. Das kann uns helfen, neue Pflanzen mit den Eigenschaften zu züchten, die hervorgehoben werden sollen.

Beispiel:

Eine Tomatenpflanze ist besonders ertragreich und bringt schneller als die anderen Pflanzen grosse und aromatische Tomaten hervor. Dabei braucht sie auch noch weniger Licht und Wasser als andere. Von genau dieser Pflanze hätte jeder Gärtner gerne mehr.

Ethische Debatte

Stammzellen sind zwar eine aufregende Entdeckung für Forscherinnen und Forscher, aber es gibt auch eine Debatte darüber, ob sich die Verwendung und Erforschung von Stammzellen lohnt.

Pro	Contra
Stammzellen könnten therapeutisch genutzt werden, um geschädigtes Gewebe oder Organe zu ersetzen.	Embryonale Stammzellen müssen einem Embryo entnommen werden, wodurch das Embryo dabei nicht mehr überlebensfähig ist.
Forschung an Stammzellen könnte zu Klonungen führen, wodurch Behandlungen personalisiert werden könnten, zum Beispiel, indem eigene Stammzellen einer Person verwendet werden, um differenzierte Zellen zu produzieren, die weniger wahrscheinlich vom Immunsystem abgestossen werden.	Die Gewinnung von Stammzellen glückt nicht immer und eine kontrollierte, künstliche Differenzierung ist ebenfalls schwierig. Das bedeutet häufiges Scheitern in der Forschung und ist mit Kosten verbunden.
Im Rahmen der künstlichen Befruchtung werden mehr Embryonen erzeugt, als schliesslich verwendet werden. Diese Embryonen werden dann oftmals verworfen, Stammzellen-Forschung an diesen wäre stattdessen eine sinnvolle Verwendung der überzähligen bereits vorliegenden Embryonen.	Die Forschung bedeutet einen Eingriff in die natürliche Lebensweise, was mit vielen Religionen oder ethischen Überzeugungen nicht vereinbar ist.
	Einige Stammzellen weisen Mutationen auf, durch die sie sich wie Krebszellen verhalten. Diese können sich unkontrolliert teilen und Tumore bilden.
	Wenn eine verunreinigte Stammzellkultur in einen Patienten transplantiert wird, kann dieser an einer Krankheit leiden, die durch die Bakterien oder Viren verursacht wird. Dies stellt ein grosses Risiko für seine Gesundheit dar.

Induzierte pluripotente Stammzellen

Kurz iPS-Zellen genannt. Dabei handelt es sich um Körperzellen, die weder multi-, pluri- noch totipotente Eigenschaften aufweisen konnten. Durch eine epigenetische Rückprogrammierung gelang es aus ihnen wieder eine pluripotente Stammzelle herzustellen.

Knochenmarkspende

Transplantationen des Knochenmarks, das Stammzellen enthält, werden seit $1968$ durchgeführt. Im Knochenmark befinden sich nur sehr wenige Stammzellen, weshalb sie stattdessen aus dem Blut isoliert werden.

Abstossung von Transplantaten

Die Abstossung von Stammzellentransplantaten durch das Immunsystem des Patienten ist ein Problem. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu vermeiden, besteht darin, eine enge Übereinstimmung zwischen Spender und Patient zu finden, wie zum Beispiel Geschwister. Eine andere Möglichkeit, die Abstossung des Transplantats zu vermeiden, besteht darin, dem Patienten Medikamente zu verabreichen, die sein Immunsystem unterdrücken. Diese werden als Immunsuppressiva bezeichnet.

Therapeutisches Klonen

Definition

Das therapeutische Klonen ist eine Möglichkeit, Stammzellen mit den gleichen Genen wie der Patient zu erzeugen, damit sie nicht vom Immunsystem abgestossen werden. Das Verfahren beinhaltet einen Kerntransfer.

Hinweis: Bislang gibt es keine Beweise dafür, dass diese Methode zur Behandlung von Menschen eingesetzt wurde.

Wissenschaftliche, ethische und soziale Fragen

Bei der Stammzelltherapie stellen sich einige Fragen.

Eine wichtige wissenschaftliche Frage ist: "Wie erfolgreich können diese Therapien sein?" Es gibt Sicherheitsbedenken, da Stammzellen, die in Kultur gehalten werden, Ähnlichkeiten mit Krebszellen aufweisen können und es möglich ist, dass Viren auf diese Stammzellen übertragen werden.
Es gibt auch ethische Fragen wie "Ist es moralisch richtig, einen Embryo mit der Absicht zu erzeugen, ihn zu zerstören?". Wann betrachtet man einen Embryo als menschliches Lebewesen, direkt nach der Befruchtung, nach der Einnistung, oder mit dem Herzschlag? Ab wann handelt es sich um Tötung?
Gesellschaftliche Fragen wie die, ob die Vorteile die Einwände überwiegen, und die Forderung nach weiterer öffentlicher Aufklärung zu diesem Thema sind aufgekommen.