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Stammzellen: Arten, Potenz und medizinische Nutzung
Stammzellen sind noch nicht vollständig spezialisierte Zellen. Sie können sich selbst erneuern und Tochterzellen bilden, die sich zu bestimmten Zelltypen entwickeln. Wie viele Zelltypen entstehen können, hängt von der Potenz der Stammzelle ab.
Auf dieser Seite lernst du, embryonale und adulte Stammzellen zu unterscheiden, ihre Aufgaben zu erklären und medizinische Anwendungen nach Nutzen, Risiken und ethischen Folgen zu beurteilen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was macht eine Stammzelle besonders?
Eine Hautzelle, Nervenzelle oder Muskelzelle erfüllt bereits eine bestimmte Aufgabe. Eine Stammzelle ist dagegen noch nicht vollständig auf eine solche Funktion festgelegt.
Stammzelle
Eine Stammzelle ist eine noch nicht oder nicht vollständig differenzierte Zelle. Sie kann sich selbst erneuern und Zellen hervorbringen, die sich weiter spezialisieren.
Differenzierung bedeutet, dass sich eine Zelle entwickelt und dabei eine bestimmte Gestalt und Funktion ausbildet. Die Festlegung auf eine Entwicklungsrichtung heißt Determinierung.
Stammzellen können sich asymmetrisch teilen:
- Eine Tochterzelle bleibt eine Stammzelle. Dadurch bleibt der Vorrat erhalten.
- Die andere Tochterzelle beginnt sich zu differenzieren. Aus ihr können spezialisierte Gewebezellen entstehen.
Welche Entwicklung beginnt, hängt unter anderem von Signalen aus der Umgebung ab. Dazu gehören Wachstumsfaktoren. Die gezielte Steuerung dieser Entwicklung ist für medizinische Anwendungen entscheidend, aber nicht immer zuverlässig möglich.
Eine Stammzelle in einem Gewebe teilt sich. Eine Tochterzelle bleibt in der Stammzellnische und kann sich später erneut teilen. Die andere reagiert auf Signale aus ihrer Umgebung und entwickelt sich schrittweise zu einer Gewebezelle.
So werden gleichzeitig der Stammzellvorrat erhalten und neue Zellen bereitgestellt.
Stammzellen verbinden zwei Fähigkeiten: Selbsterneuerung erhält den Vorrat, Differenzierung liefert spezialisierte Zellen.
Wie unterscheiden sich die Potenzstufen?
Die Potenz beschreibt, welche Entwicklungsmöglichkeiten eine Zelle besitzt. Sie sagt nicht, woher die Zelle stammt und auch nicht, ob eine Therapie bereits funktioniert.
| Potenz | Entwicklungsmöglichkeit | Vereinfachtes Beispiel |
|---|---|---|
| totipotent | Kann einen vollständigen Organismus einschließlich der dafür nötigen frühen Strukturen hervorbringen | befruchtete Eizelle und sehr frühe Entwicklungszellen |
| pluripotent | Kann die unterschiedlichen Zelltypen des Körpers bilden, aber allein keinen vollständigen Menschen hervorbringen | embryonale Stammzellen aus der inneren Zellmasse einer Blastocyste |
| multipotent | Kann mehrere, aber auf eine bestimmte Gewebe- oder Zellfamilie begrenzte Zelltypen bilden | adulte blutbildende Stammzellen |
Die Ausgangsmaterialien ordnen sehr frühe Entwicklungsstadien nicht vollständig einheitlich ein. Für den Vergleich ist deshalb die Fähigkeit entscheidend: vollständiger Organismus, viele Körperzelltypen oder begrenzte Zellfamilie.
Eine blutbildende Stammzelle kann verschiedene Blutzelltypen hervorbringen. Sie bildet aber nicht gewöhnlich jeden Zelltyp des Körpers. Deshalb wird sie als multipotent eingeordnet.
Eine embryonale Stammzelle aus der inneren Zellmasse einer Blastocyste kann sich dagegen in sehr viele unterschiedliche Körperzelltypen entwickeln. Sie gilt als pluripotent, nicht als totipotent.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Eine Zelle, aus der ein vollständiger Organismus entstehen kann, heißt . Eine Stammzelle, die viele Körperzelltypen, aber allein keinen vollständigen Menschen bilden kann, heißt . Eine adulte blutbildende Stammzelle ist gewöhnlich .
Woher stammen embryonale und adulte Stammzellen?
Die Begriffe embryonal und adult bezeichnen die Herkunft. Die Potenz beschreibt dagegen die Entwicklungsmöglichkeiten.
Embryonale Stammzellen
Embryonale Stammzellen werden aus der inneren Zellmasse einer frühen Blastocyste gewonnen. Sie können sich lange teilen und zu sehr unterschiedlichen Körperzelltypen differenzieren. Ihre Gewinnung zerstört die Blastocyste und löst deshalb einen ethischen Konflikt aus.
Adulte Stammzellen
Adulte Stammzellen kommen in Geweben eines entwickelten Organismus vor, zum Beispiel in Haut, Darm, Leber und Knochenmark. Sie liegen dort in besonderen Umgebungen, den Stammzellnischen. Meist erneuern oder reparieren sie das Gewebe, zu dem sie gehören.
Im Knochenmark lassen sich zwei Gruppen unterscheiden:
- Hämatopoetische Stammzellen bilden Zellen des Blutes.
- Mesenchymale Stammzellen können unter anderem Zellen von Knochen, Knorpel, Fett- sowie weiterem Binde- und Stützgewebe hervorbringen.
Adulte Stammzellen sind gewöhnlich multipotent. Ältere Tierbefunde deuteten zwar auf ein breiteres Entwicklungspotenzial mancher Knochenmarkszellen hin, doch die beschriebenen Versuche enthalten keine ausreichenden Angaben, um daraus eine sichere allgemeine Regel oder Therapie abzuleiten.
Die Darmschleimhaut verliert ständig Zellen. Adulte Stammzellen in passenden Nischen liefern neue Zellen für dieses Gewebe. Ihre Aufgabe ist damit nicht der Aufbau eines vollständigen Organismus, sondern der laufende Zellnachschub.
Herkunft und Potenz sind verschiedene Merkmale: „embryonal“ und „adult“ beschreiben die Herkunft; „toti-, pluri- und multipotent“ beschreiben Entwicklungsmöglichkeiten.
Wie werden Stammzellen medizinisch genutzt?
Die medizinische Grundidee lautet: Stammzellen sollen funktionsfähige Zellen liefern und dadurch geschädigtes oder erkranktes Gewebe ersetzen oder erneuern.
Eine etablierte Anwendung ist die Übertragung blutbildender Stammzellen, etwa bei Leukämie. Stammzellen können aus der Blutbahn oder aus dem Knochenmark gewonnen werden. Nach der Übertragung sollen sie im Empfänger ein neues blutbildendes System aufbauen. Dabei müssen wichtige Gewebemerkmale von spendender und empfangender Person möglichst gut zusammenpassen.
Auch Hautstammzellen können außerhalb des Körpers vermehrt und zur Versorgung schwerer Verbrennungen verwendet werden. Stammzellen aus Nabelschnurblut stellen eine weitere Quelle für blutbildende Zellen dar und werden besonders bei Kindern eingesetzt.
Andere Ziele bleiben Forschungs- oder Entwicklungsperspektiven. Dazu gehören der gezielte Ersatz bestimmter Nerven- oder insulinbildender Zellen. Eine denkbare Anwendung ist noch kein Wirksamkeitsnachweis.
Für eine sichere Stammzelltherapie reicht es nicht, dass sich Zellen teilen können. Sie müssen den benötigten Zelltyp bilden, am richtigen Ort funktionieren und ihre Teilung kontrollieren. Unkontrollierte Teilung kann Gewebe schädigen und ist deshalb ein zentrales Risiko.
Bei einer Erkrankung des blutbildenden Systems werden passende blutbildende Stammzellen übertragen. Der erwartete Nutzen besteht im Aufbau einer neuen Blutbildung.
Die Aussage „Stammzellen können viele Zelltypen bilden“ genügt jedoch nicht zur Bewertung. Zusätzlich muss geprüft werden, ob die übertragenen Zellen angenommen werden, die richtigen Blutzellen hervorbringen und sich kontrolliert teilen.
Für eine Bewertung helfen vier Fragen:
- Nutzen: Welches geschädigte Gewebe soll ersetzt werden?
- Wirksamkeit: Ist belegt, dass die Zellen die gewünschte Funktion übernehmen?
- Risiko: Lassen sich Differenzierung, Teilung und Abstoßungsreaktionen kontrollieren?
- Herkunft: Wie werden die Zellen gewonnen, und welche ethischen Folgen hat das?
Was geschieht beim therapeutischen Klonen?
Beim therapeutischen Klonen soll Gewebe erzeugt werden, das genetisch weitgehend zum Patienten passt. Das Verfahren beruht auf einem Zellkerntransfer:
- Einer Körperzelle des Patienten wird der Zellkern entnommen.
- Aus einer gespendeten Eizelle wird der eigene Zellkern entfernt.
- Der Patientenkern wird in die entkernte Eizelle übertragen.
- Die Umgebung der Eizelle versetzt den Kern in einen frühen Entwicklungszustand zurück.
- Die Zelle entwickelt sich bis zum Blastocystenstadium.
- Aus der Blastocyste werden embryonale Stammzellen gewonnen; dabei wird sie zerstört.
- Die Stammzellen sollen zum benötigten Gewebe differenziert werden.
Das Ziel ist eine medizinische Behandlung, nicht die Geburt eines geklonten Menschen. Trotzdem entsteht ein früher Embryo, der zur Gewinnung der Stammzellen zerstört wird. Darin liegt der zentrale ethische Konflikt.
Ein genetisch gut passendes Transplantat könnte das Risiko einer Abstoßung verringern. Dass keine Abstoßung auftritt, ist damit jedoch nicht garantiert. Auch eine unkontrollierte Zellteilung, eine unzuverlässige Differenzierung und mögliche Veränderungen des erzeugten Gewebes müssen geprüft werden.
Zwei Personen bewerten dasselbe Verfahren unterschiedlich:
- Person A betont die Möglichkeit, patientennahes Ersatzgewebe für eine schwere Erkrankung zu gewinnen.
- Person B betont, dass zur Gewinnung der Stammzellen eine Blastocyste erzeugt und zerstört wird.
Beide Aussagen beschreiben relevante Gesichtspunkte. Eine begründete Bewertung wägt Nutzen, Wirksamkeit, Risiken und den moralischen Status des frühen Embryos gegeneinander ab.
Eine ethische Bewertung nennt nicht nur eine Meinung. Sie legt Kriterien offen, wendet sie auf das Verfahren an und begründet, welches Kriterium im Konflikt stärker wiegt.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Stammzellen
- Eigenschaften
- Selbsterneuerung
- Differenzierung
- asymmetrische Teilung
- Potenz
- totipotent: vollständiger Organismus möglich
- pluripotent: viele Körperzelltypen
- multipotent: begrenztes Zellspektrum
- Herkunft
- embryonal: innere Zellmasse der Blastocyste
- adult: Stammzellnischen in entwickelten Geweben
- Medizin
- blutbildende Stammzellübertragung
- Hautersatz bei schweren Verbrennungen
- weitere Anwendungen als Forschungsperspektiven
- Bewertung
- Nutzen und Wirksamkeit
- kontrollierte Differenzierung und Teilung
- Abstoßungsrisiko
- Herkunft und ethischer Konflikt
- Eigenschaften