Die Geschichte der Stammzelle

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Kapitel 2: Hintergrundinformationen Stammzellen

Seit der Entdeckung wurden Stammzellen als eines der faszinierendsten Mysterien der Biologie angesehen. Die Geschichte der Stammzellen wird seit jeher von Kontroversen und Herausforderungen begleitet. Die treibende Kraft hinter der kontinuierlichen Erforschung von Stammzellen ist die Suche nach Anwendungsmöglichkeiten für die Heilung von Krankheiten. Der genaue Zeitpunkt des Beginns der Erforschung von Stammzellen ist nicht eindeutig festzumachen, da mehrfach Versuche gestartet wurden. Allerdings scheint es das 19. Jahrhundert gewesen zu sein, in dem mit Experimenten in Tiermodellen gestartet wurde. Der Begriff "Stammzelle" tauchte erstmals im Jahr 1869 auf, als der deutsche Biologe Dr. Ernst Haeckel ihn zur Beschreibung der Vorfahren einzelliger Organismen, aus dem sich alle vielzelligen Organismen entwickeln, verwendete. Im Jahre 1877 stellte er die erste Hypothese auf, die die Grundlage für die Stammzellenforschung bildet. In seinem Buch “Anthropogenie“ (Haeckel 1877) postulierte er, was wir jetzt als die Basis für die Entwicklung des Menschen verstehen, nämlich, dass ein Individuum dann entsteht, wenn eine Eizelle von einem einzigen Spermium befruchtet wird. Er bezeichnet diese einzelne Zelle als eine "Stammzelle". Der Begriff gewann weltweite Aufmerksamkeit, als Edmund B. Wilson die Forschung von Haeckel und des Wissenschaftlers Boveri in seinem eigenen Buch “The Cell in Development und Inheritance“ (Wilson 1896) rezensiert. Aufgrund der Popularität und des Interesses an diesem Buch, wird Wilson oftmals fälschlicherweise die Prägung des Begriffs "Stammzellen" angerechnet. Die Forschung war für viele Wissenschaftler der damaligen Zeit inspirierend, die später auch zur Stammzellenforschung übergegangen sind (Ramalho-Santos 2007).

 

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Die Geschichte embryonaler Stammzellen

1878 wurden die ersten Versuche unternommen, Tiereizellen außerhalb des Körpers zu befruchten - die Geburt der künstlichen Befruchtung im Labor. Doch erst im Jahre 1959 konnten Wissenschaftler Tiere in vitro (im Labor) züchten. Nach mehreren ethischen Kontroversen wurde die erste menschliche Eizelle erfolgreich 1968 im Labor befruchtet. Jedoch war es erst 1978, als Robert Edwards und Patrick Steptoe der Welt das erste durch in vitro Fertilisation geborene Baby geschenkt hatten, wofür sie 2010 den Nobelpreis für Physiologie/Medizin gewannen.

1977 erlebte die Welt einen weiteren Durchbruch, als Ian Wilmut und sein Team am Roslin Institute in Edinburgh das Schaf "Dolly", das erste künstlich geklonte Tier, vorstellten. Der Prozess beinhaltet die Verschmelzung des Eies eines Schafes mit einer Euterzelle und die Übertragung auf ein Ersatz-Mutterschaf. Dies lies die Wissenschaftler über die Möglichkeit nachdenken, ähnliche Hybride mit menschlichen embryonalen und adulten Zellen von derselben Person herzustellen. Solche Hybride könnten dann zur Erzeugung genetisch abgestimmter Gewebe und Organe eingesetzt werden.

1981 konnten Martin Evans von der University of Cambridge und Gail Martin von der University of California die pluripotenten embryonalen Stammzellen (ES-Zellen) aus der inneren Zellmasse von Maus-Blastozysten ableiten und dann deren Kultur unter in vitro Bedingungen wachsen lassen. Bei der Injektion der ES-Zellen in Mäusen ist es zu der Bildung von Teratomen oder Tumormasse gekommen. Zwischen 1984 und 1988 wurde entdeckt, dass sich pluripotente Stammzellen durch Exponieren mit Retinsäure (Vitamin A) zu neuronen-ähnlichen Zellen entwickeln.

Erst im Jahr 1998 waren Wissenschaftler fähig, humane ES-Zellen aus der inneren Zellmasse menschlicher Blastozysten abzuleiten (Thompson et al., 1998) und sie in vitro über lange Zeiträume wuchern oder wachsen zu lassen. Gleichzeitig wurden auch alle drei Primärkeim-Schichten gebildet. Dies schaffte die Grundlage für viele Forscher, auf Ableitungen der verschiedenen Stammzelllinien hinzuarbeiten und die Möglichkeit der Erzeugung von menschlichem Gewebe zur Transplantation zu finden. Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Technologie schien zu diesem Zeitpunkt unbegrenzt, war jedoch noch zu optimieren und durch klinische Studien bis hin zum zur Therapieeinsatz zu testen. Die Sicherheit und Wirksamkeit dieser Techniken müssen streng überprüft werden.

 

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Die Geschichte adulter Stammzellen

Dr. Leroy Stevens entdeckte 1953 während seiner Krebsforschung große Tumore in den Hoden von Mäusen. Zu seiner Überraschung setzten sich die Tumore aus einer Mischung von undifferenzierten und differenzierten Zellen zusammen. Weitere Untersuchungen führten zur Schlussfolgerung, dass die undifferenzierten Zellen sich zu Zelltypen jeglicher Art entwickeln könnten, das heißt, dass sie pluripotent sind. Es wurde dann festgestellt, dass diese Zellen von embryonalem Ursprung sind, embryonale Karzinomzellen (EG), die ebenfalls als eine Art von Stammzellen identifiziert wurden. Damit wurde die erste Verbindung zwischen Stammzellen und Krebszellen entdeckt. Beide hatten die Eigenschaft, sich unendlich teilen zu können, mit dem einzigen Unterschied, dass die Division von Stammzellen kontrollierbar ist und die Zellteilung der Krebszellen nicht. Diese Entdeckung veranlasste zusätzliche Untersuchungen der therapeutischen Anwendungen von Stammzellen. Beweise für diese Phänomene gab es schließlich im Jahre 1997, als Wissenschaftler enthüllten, dass Leukämie aus den gleichen Stammzellen kommt, die auch Blutkörperchen herstellen, ihre Fähigkeit zur Kontrolle der Zellteilungsrate allerdings verloren hatten (Dominique Bonnet und John Dick 1997).

1909 hat Dr. Alexander Maximow erstmals den Begriff Blutstammzellen erwähnt, welche multipotent sind und die Fähigkeit zur Differenzierung in mehrere Arten von Blutzellen besitzen. Beweise für diese Multipotenz wurden von Ernest McCulloch und James Till erbracht, als sie beobachteten, dass verschiedene Arten von Blutzellen aus einer speziellen Art von Zellen vom Knochenmark der Maus stammen. 1957 versuchte E. Donnall Thomas die erste Transplantation menschlichen Knochenmarks durchzuführen, für die er den Nobelpreis im Jahr 1990 gewonnen hat. Die Anwendung dieser Erkenntnisse fand erst viel später statt, nämlich im Jahr 1968, als Robert A. Good Stammzellen aus dem Knochenmark in ein Kind erfolgreich transplantierte, das an einer Immunschwäche litt, welche das Leben von mehreren anderen Familienangehörigen gekostet hat. Das Knochenmark, das er von seiner Schwester erhielt, hielt ihn am Leben.

2001 war die Stammzellenforschung mit einem seiner größten Hindernisse konfrontiert, als die US Regierung sich weigerte, diese weiter zu finanzieren. Der damalige Präsident der USA, George W. Bush, war der Überzeugung, dass die Herstellung von menschlichen embryonalen Stammzellen durch die Vernichtung eines menschlichen Embryos unethisch war.

 

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Die Entdeckung der induzierten pluripotente Stammzellen

2006 gelang es dem japanischen Wissenschaftler Shinya Yamanaka und seinem Team von der Universität Kyoto, den embryonalen Stammzellen ähnliche adulte Stammzellen durch Umprogrammieren zu produzieren. Dieses revolutionäre Konzept fand weltweite Anwendung, da diese Technologie einen viel besseren Weg gefunden hat, die Verwendung eines menschlichen Embryos zu vermeiden, die bis dahin die wichtigste Quelle für die Gewinnung von embryonalen Stammzellen war.

Der pluripotente Charakter der embryonalen Stammzellen wird durch bestimmte Faktoren kontrolliert, die dabei helfen, den Charakter aufrecht zu erhalten. Die Gruppe führte umfangreiche Forschungen an mehreren Transkriptionsfaktoren durch, welche bekannt dafür sind, ausschließlich an der Totipotenz von frühen Embryonen und an der Pluripotenz von embryonalen Stammzellen beteiligt zu sein. Sie vermuteten, dass diese Faktoren möglicherweise eine zentrale Rolle in der Herbeiführung von Pluripotenz in somatischen Zellen spielen könnten. Yamanaka war in der Lage, die vier wichtigsten Faktoren, d.h. Oct4, SOX2, c-Myc und Klf4 in ausdifferenzierten adulten Mausfibroblasten-Zellen einzufügen und in Stammzellen neu zu programmieren, die somit "induzierte pluripotente Stammzellen" wurden. Induzierte pluripotente Stammzellen (auch bekannt als iPS oder iPSCs) sind eine Art von pluripotenten Stammzellen, die als ein Zelltyp in der Haut gefunden werden und aus Fibroblasten generiert werden können. Diese Zellen waren, bezogen auf die morphologischen und genetischen Eigenschaften, ähnlich der ES-Zellen und waren in der Lage, sich zu Gewebe der drei wichtigsten Keimzellen-Schichten zu differenzieren (Kazutoshi Takahashi und Shinya Yamanaka, 2006).

 

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Literaturverzeichnis

  1. E. Haeckel. Anthropogenie (3rd edn) Wilhelm Engelmann, Leipzig (1877).
  2. E.B. Wilson. The Cell in Development and Inheritance Macmillan, New York (1896).
  3. Ramalho-Santos M and Willenbring H. On the Origin of the term "Stem Cell". Cell Stem Cell 2007.
  4. http://stemcell.childrenshospital.org/about-stem-cells/history/
  5. James A. Thomson, Joseph Itskovitz-Eldor, Sander S. Shapiro, Michelle A. Waknitz, Jennifer J. Swiergiel, Vivienne S. Marshall, Jeffrey M. Jones. Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts. Science 6 November 1998: Vol. 282. no. 5391, pp. 1145 - 1147.
  6. Dominique Bonnet & John E. Dick. Human acute myeloid leukemia is organized as a hierarchy that originates from a primitive hematopoietic cell. Nature Medicine 3, 730 - 737 (1997).
  7. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2012/press.html
  8. Kazutoshi Takahashi and Shinya Yamanaka. Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell 25 August 2006: Vol. 126. no. 4, pp. 663–676.
News
Klinische Studien

Ab sofort haben wir Patienten für weitere klinische Studien mit allogenen ABCB5-positiven (ABCB5+) mesenchymalen Stammzellen in der Phase I/IIa für die folgenden Indikationen: Chronisch venöse Wunden (CVU), diabetische Fußulzer (DFU) und periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK). Weitere Informationen erhalten Sie HIER.

Erlaubnis

Nach der jüngsten Erweiterung verfügt        TICEBA neben der Erlaubnis zur Herstellung eines Humanarzneimittels gemäß §13 Absatz 1 Arzneimittelgesetz (Gesetz über den Verkehr mit Arzneimitteln – AMG) für autologe mesenchymale Stammzellen auch über die Herstellungserlaubnis gemäß §13 Absatz 1 AMG für die Herstellung eines Arzneimittels zur Anwendung am Menschen für allogene mesenchymale sowie allogene limbale ABCB5+ Stammzellen. Weitere Informationen erhalten Sie HIER.

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