Bildquelle: Wikipedia, Bildautor: Nissin Benvenisty

Was sind Stammzellen?

Im Gegensatz zu Keimzellen (Spermien und Eizellen), die jeweils nur einen Chromosomensatz (beim Menschen 23 Chromosomen) besitzen, der die gesamte Erbinformation eines Individuums (Vater oder Mutter) enthält, haben Stammzellen, die nach der Befruchtung entstehen, den doppelten Chromosomensatz, der das Erbmaterial beider Eltern enthält.

Anm.: Chromosome enthalten die Erbanlagen und bestehen aus einem DNA Faden (DNA=DNS, Desoxyribonukleinsäure), an den Eiweiße angelagert sind. Bei Lebewesen, die Zellkerne besitzen, befinden sich die Chromosome im Zellkern. Lebewesen ohne Zellkern, wie Bakterien, haben keine Chromosome im klassischen Sinn, die Erbanlagen befinden sich hier auf einem kreisförmigen DNA Strang innerhalb der Zelle.

Nach der Befruchtung teilen sich Zellen zunächst mehrfach, ohne dass eine merkliche Veränderung nachweisbar wäre. Allerdings gilt das nur für die ersten Zellteilungen (bis zum 3.Tag nach der Befruchtung). Solche Zellen sind also „totipotente“ Stammzellen, Zellen, aus denen sich theoretisch aus jeder Zelle ohne Eingriff in das Zellinnere ein Mensch entwickeln könnte. Ab dem 4.Tag beginnen sich diese Zellen zu verändern, man spricht dann von embryonalen Stammzellen, die als „pluripotent“ bezeichnet werden. Diese Zellen können sich – je nach Bedingungen – entweder ebenfalls wieder zu Stammzellen teilen oder aber sich zu verschieden spezialisierten Zelltypen bzw. Gewebetypen weiterentwickeln (Zelldifferenzierung). Mit zunehmender Differenzierung spezialisieren sich Zellen immer weiter, sodass sich daraus schließlich nur noch Zellen des gleichen Typs (also z.B. Nierenzellen oder Nervenzellen) bilden können, deren Teilungsrate jedoch mit zunehmender Differenzierung abnimmt.

Durch die besonderen Eigenschaften von Stammzellen leitet sich die Hoffnung ab, Erkrankungen heilen zu können, die durch Zellschädigungen verursacht werden (z.B. Krebs, Bluterkrankungen, Alzheimer, Parkinson, Multiple Sklerose, aber auch Diabetes, Herzerkrankungen, Rheuma etc.). Es gibt bereits vielversprechende Ansätze und sogar Heilerfolge mit Stammzelltherapien (z.B. bei Leukämie), insbesondere gibt es die Hoffnung, defekte Organe, wie z.B. das Herz oder die Leber durch das Einspritzen von geeigneten Stammzellen zu „reparieren“ oder sogar vollständige Organe aus Gewebeteilen herzustellen.

Ist Stammzellenforschung notwendig?

Wenn man an die oben genannten Krankheiten denkt, so kann eine Antwort wohl nur mit „ja“ beantwortet werden. Bei Leukämie gibt es bereits seit ca. 40 Jahren deutliche Erfolge mit aus dem Knochenmark gewonnenen Stammzellen. Bei anderen Erkrankungen müssen jedoch auch gentechnische Methoden einbezogen werden, allerdings steht die Wissenschaft hier gerade erst am Anfang einer spannenden Entwicklung.

Zwei Beispiele genügen, um zu zeigen, dass Forschung auf diesem Gebiet notwendig ist: Altersdemenz (Alzheimer) und Querschnittlähmung.

1950 gab es in Österreich ca. 20000 Patienten, für 2050 werden 150000 Patienten prognostiziert. Dieser Zuwachs hat nichts mit Umweltschäden oder ungesunder Arbeitsweise zu tun, sondern beruht einzig und allein auf der höheren Lebenserwartung unserer Bevölkerung. Alzheimerdemenz steigt ab etwa dem 60. Lebensjahr stark überpropotional an. Das heißt aber auch, dass infolge der stark erhöhten Pflegekosten die Belastung der Sozialsysteme überdurchschnittlich steigen wird, so stark, dass diese Kosten weder durch die Sozialsysteme, noch durch die Ersparnisse der Betroffenen aufgebracht werden können. Ähnliches gilt für die seit 1950 stark angestiegene Zahl an Querschnittgelähmten, hier ist allerdings nicht die erhöhte Lebenserwartung schuld, sondern die enorm gestiegene Zahl an Auto- und Sportunfällen. Nachdem es bei beiden Erkrankungen noch keine wirksamen Medikamente gibt (und vielleicht nie geben wird?), ist ein Erfolg derzeit in erster Linie durch Gentechnologie und Stammzellenforschung vorstellbar. Bei der Alzheimerkrankheit gibt es noch keine nennenswerten Fortschritte, im Falle der Querschnittlähmung zeigen erste Versuche am Tier jedoch, dass es vielleicht möglich sein wird, zerstörte Nervenzellen auch am Menschen zu reparieren.

Wie können Stammzellen gewonnen werden?

Das wesentliche Problem dieser Forschung ist (aus ethischen Gründen) die Beschaffung embryonaler Stammzellen. Solche Stammzellen werden meist nach Abtreibungen gewonnen oder aber aus überzähligen Embryonen, die bei den heute immer häufiger durchgeführten künstlichen Befruchtungen anfallen. Viele Wissenschaftler vertreten den Standpunkt, dass diese Embryonen nach gelungener Befruchtung und Einnistung in die Gebärmutter einer Frau, nicht weggeworfen werden, sondern der Stammzellenforschung zur Verfügung gestellt werden sollten. Es ist auch nicht ganz verständlich, dass aus ethischen Gründen Embryonen aus Extrauterinschwangerschaften nicht für wissenschaftliche und therapeutische Zwecke verwendet werden. Bei einer solche Schwangerschaft nistet sich die befruchtete Zelle im Eileiter ein. Sie kann zwar in die Gebärmutter zurückwandern, wenn dies nicht geschieht, bedeutet das allerhöchste Gefahr für eine Frau, bei der ihr Leben nur durch eine sofortige Operation gerettet werden kann, wobei der Embryo in jedem Fall zugrunde geht). In diesem Falle hätte der Embryo (anders als bei einer Abtreibung) also keinerlei Chancen gehabt, lebend geboren zu werden, sodass die Verwendung von daraus gewonnenen Stammzellen eigentlich ethisch unbedenklich wäre. Aus ethischen Gründen beschränken sich die Forschung und therapeutische Ansätze heute hauptsächlich auf Nabelschnurstammzellen und „adulte“ Stammzellen.

Adulte Stammzellen

Adulte Stammzellen sind in jedem Individuum nach der Geburt enthalten (Nabelschnur, Nabelschnurblut, Gehirn, Leber, Bauchspeicheldrüse, insbesondere im Knochenmark)

Die Nabelschnur bei der Geburt eines Kindes enthält relativ viele Stammzellen, die eingefroren sehr lange aufbewahrt werden können. Solche Zellen könnten bei späteren Erkrankungen des Kindes (Leukämie, Multiple Sklerose, u.a.) als Therapie eingesetzt werden. Bei Leukämieerkrankungen sind bereits Therapieerfolge bekannt. Die Behandlung im Erwachsenenalter ist derzeit noch problematisch, weil die im Nabelschnurblut vorhandene Zahl an eigenen Stammzellen dafür zu niedrig ist. Theoretisch sollten Nabelschnurstammzellen auch zur Behandlung von Krebserkrankungen im Kindesalter geeignet sein. Hier musste man leider feststellen, dass Krebserkrankungen im Kindesalter (die leider gar nicht so selten sind) vermutlich häufig bereits in der embryonalen Entwicklung vorbereitet werden, sodass hier auch die Stammzellen des Nabelschnurblutes oft mit einer solchen Fehlentwicklung behaftet sind. Insgesamt scheint es jedoch bei der Implantation von adulten Stammzellen weniger maligne (bösartige) Veränderungen als bei embryonalen Stammzellen zu geben, weshalb sich die Forschung mit diesen Zellen (auch aus ethischen Gründen) derzeit auf adulte Stammzellen konzentriert.

Adulte Stammzellen werden heute meist durch Punktion aus dem Knochenmark des Beckenbodenknochens gewonnen. Solche Stammzellen können sich zu fast allen Gewebearten des Körpers wie Nerven-, Muskel- oder Leberzellen entwickeln. Eine andere Methode der Gewinnung von Stammzellen aus dem Knochenmark ist die Gewinnung solcher Zellen aus dem peripheren Blut (periphere Blutstammzellspende). Dabei wir dem Spender etwa eine Woche lang ein bestimmtes Hormon (G-CSF) eingespritzt, wodurch Stammzellen aus dem Knochenmark ins Blut übergehen. Aus dem Blut können die Stammzellen dann durch eine Filterung (Stammzellapharese) gewonnen werden. Ob direkt aus dem Knochenmark oder dem peripheren Blut gewonnen, können diese Blutstammzellen zur Behandlung von Leukämie oder anderen bösartigen Erkrankungen des blutbildenden Systems mit guten Heilungschancen verwendet werden.

Am besten wären körpereigene Knochenmarkzellen für eine Behandlung geeignet (autologe Zellen), das ist aber nur dann möglich, wenn die Blutzellen des Knochenmarks nicht bereits bösartig entartet sind. Meist ist man auf die Blutstammzellen anderer Menschen angewiesen, wobei die Gewebeverträglichkeit vorher genau geprüft werden muss. Dabei spielt die Blutgruppe keine Rolle, wohl aber zahlreiche andere Parameter, weshalb mögliche Spender heute in Knochenmarkdateien weltweit gespeichert werden. Sind genügend eigene Blutstammzellen oder Stammzellen von Spendern vorhanden, werden die Blutzellen des Patienten durch Chemotherapie vollkommen zerstört und danach die eigenen oder fremden Blutstammzellen implantiert. Erfolge gibt es bei der Leukämiebehandlung etwa seit 1970, die Erfahrungen sind seit dieser Zeit naturgemäß erheblich gewachsen.

Abschließend soll erwähnt werden, dass die Forschung auch daran arbeitet, differenzierte Zellen wieder zu „entdifferenzieren“, sodass die Anwendbarkeit von Stammzellen dadurch – zumindest theoretisch – wesentlich erweitert werden könnte. Gleichfalls wird versucht, tierische Zellen (z.B. Mäusezellen) in menschliche Zellen „umzuprogrammieren“. Alle diese Arbeiten sind in einem absoluten Anfangsstadium und es kann heute nicht vorausgesagt werden, wann und ob solche Versuche überhaupt dazu führen können, therapeutisch eingesetzt zu werden. Gerade die zuletzt genannten Versuche sind aus ethischen Gründen besonders problematisch, obwohl gerade solche Versuche wissenschaftlich dazu beitragen können, mehr über das äußerst komplizierte Gebiet der Zellforschung zu lernen.

Viele der hier geschilderten Therapieansätze berühren oder überschreiten derzeitige ethische Grenzen, in einem späteren Beitrag wird daher versucht, auf die unterschiedlichen Standpunkte und die unterschiedliche Handhabung von Gesetzen zur Regulierung gentechnischer Versuche und zur Stammzellenforschung näher einzugehen.

(Alfred Rhomberg)