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Stammzellenforschung – Hoffnung bei Krebs?

01.06.2005

Quelle: KNEIPP Zeitschrift

Stammzellen kann man auch als „Reparaturreserve“ des Körpers bezeichnen. Diese noch nicht differenzierten Zellen können sich in fast alle Zellen des Körpers weiterentwickeln.

Stammzellen

Von MR Dr. Karl F. Maier

Ein menschlicher Organismus entwickelt sich aus einer einzigen Zelle, aus der nach und nach etwa 300 verschiedene Zelltypen entstehen. Unter Stammzellen versteht man hierbei die teilungsfreudigen Vorläufer der „fertigen“ (= differenzierten) Körperzellen. Sie besitzen zwei besondere Fähigkeiten: Zum Einen können sie sich endlos teilen und neue Stammzellen bilden, zum anderen können sie sich spezialisieren, also zu verschiedenen Zelltypen wie Muskel- oder Nervenzellen ausreifen und die entsprechenden Organe bzw. Gewebe bilden. Die Stammzellen dienen damit sowohl der biologischen Entwicklung eines Organismus, als auch der körpereigenen Regeneration verschiedener Gewebe.

Stammzellarten
Parallel dazu, dass sich Stammzellen zu verschiedenen Zellarten ausdifferenzieren können, unterscheidet man auch bei den Stammzellen selbst unterschiedliche Ausprägungsstadien. Medizinisch interessant sind dabei vor allem die „alles könnende“ oder „omnipotente“ embryonale Stammzelle, Stammzellen aus Nabelschnurblut und Stammzellen des ausgewachsenen Organismus, so genannte „adulte“ Stammzellen.

Embryonale Stammzellen
Die embryonalen Stammzellen sind die Ur-Zellen, aus denen sich der gesamte menschliche Organismus entwickelt. Sie sind unbegrenzt teilungsfähig und omnipotent, sie können sich also zu jeder beliebigen Zellsorte ausdifferenzieren. Embryonale Stammzellen entstehen aus der inneren Zellmasse, einer Keimblase, die sich etwa am vierten Tag nach der Befruchtung bildet.

Stammzellen aus Nabelschnurblut
Nabelschnurblut-Stammzellen befinden sich im kindlichen Blutkreislauf und können zum Zeitpunkt der Geburt leicht aus Nabelschnur und Mutterkuchen (= Plazenta) gewonnen werden. Besonders interessant sind derzeit die blutbildenden Stammzellen. Darüber hinaus befinden sich im Nabelschnurblut aber auch Vorläuferzellen verschiedener Körpergewebe, welche für die Wissenschaft von zunehmendem Interesse sind.

Adulte Stammzellen
Auch nach der Geburt verfügt der menschliche Organismus noch über eine kleine Anzahl von Stammzellen. Bei diesen so genannten adulten (= erwachsenen) Stammzellen handelt es sich um Vorläuferzellen, die im ausgewachsenen Organismus dafür sorgen, dass fehlerhafte, kranke oder abgestorbene Zellen angemessen ersetzt werden.

Hierzu gehören die schon lange bekannten Stammzellen für die Blutbildung im Knochenmark. Neben den so genannten „pluripotenten“ noch nicht festgelegten Stammzellen, die die Möglichkeit zur Bildung unterschiedlicher Blutzellsorten haben, existieren hier auch so genannte „unipotente“ bereits festgelegte Stammzellen, aus denen sich nur eine ganz bestimmte Blutzelllinie entwickeln kann.

In jüngerer Zeit wurden auch beim Erwachsenen neben den Blut- Stammzellen noch weitere Arten gefunden, beispielsweise Vorläuferzellen für Herzmuskel-, Leber- oder Nervengewebe.

Der Bedarf an Stammzellen
Die Stammzellenforschung geht von folgender Grundidee aus: Für viele Bereiche der Medizin wäre es wünschenswert einen Ersatz für untergegangenen Gewebes zu finden. Dieses biologische Material, also Zellen und Gewebe außerhalb des Körpers im Labor zu züchten, ist das Hauptziel der Forschung.

Ein Forschungsansatz ist die De-Differenzierung. Dabei werden „fertige“, so genannte ausdifferenzierte gesunde Zellen des betreffenden Gewebes in einen wachstumsfähigen Vorzustand zurückversetzt. Diese Methode ist jedoch bisher nur sehr begrenzt erfolgreich, aufwendig und bislang über das Experimentalstadium kaum hinausgekommen.

Viel einfacher ist es, von vornherein auf Stammzellen zurückzugreifen, jene Vorläuferzellen, die auch natürlicherweise für Entwicklung und Regeneration des Organismus verantwortlich sind.

Vor- und Nachteile von embryonalen und erwachsenen Stammzellen
Der "Alleskönner" unter diesen Vorläuferzellen, die embryonale Stammzelle, besitzt die Fähigkeit, unter den richtigen Wachstumsbedingungen zu jedem beliebigen Zelltyp „auszuwachsen“. Obwohl im Tiermodell mit diesem Zelltyp bereits Erfolge verzeichnet werden konnten, gibt es eine Reihe entscheidender ethischer, politischer und auch medizinischer Einwände gegen seine Verwendung im Zusammenhang mit dem Menschen. Embryonale Stammzellen können einzig und allein aus menschlichen Embryonen gewonnen werden, was nicht nur zu einer nicht endgültig geklärten Gesetzeslage sondern vor allem zu erheblichen moralischen Bedenken in der Medizin führte. Zudem stellen diese omnipotenten, unkontrolliert wuchernden Zellen ein erhebliches Gefährdungspotential für die Krebsentstehung dar.

Moralisch unbedenklich ist der Einsatz erwachsener (= adulter) Stammzellen, welche außerdem leicht zu gewinnen sind und den Vorteil haben, als Eigenspende verwendet werden zu können. Probleme machen allerdings die geringe Verfügbarkeit in bestimmten Gewebearten, die Schwierigkeit, die Ausgangszellen und ihre Abkömmlinge sicher zu erkennen und die für sie geeigneten Wachstums- und Ausprägungsbedingungen herzustellen. Deshalb wird diese Technik in der Medizin bisher nur bei Blutzellen angewandt. Ein weiteres Problem ist das hohe Risiko einer Infektion durch versteckt vorhandene Viren, einer Verunreinigung durch Krebszellen oder schwerer Abstoßungsreaktionen nach Fremdspenden.

Stammzellen aus Nabelschnurblut
Wachsende Bedeutung erhalten deshalb Stammzellen aus Nabelschnurblut. Sie können nach der Geburt völlig gefahrlos für Mutter und Kind aus dem Restblut des Mutterkuchens, der „Plazenta“, gewonnen und anschließend eingelagert werden. Werdende Eltern sollten die Möglichkeit auf jeden Fall in Erwägung ziehen, diese eventuell lebenswichtigen Zellen für ihr Kind oder dessen Geschwister aufzubewahren. Einmal eingelagert sind sie dann jederzeit verfügbar.

Ein Nachteil der Nabelschnurblut-Stammzellen ist natürlich, dass sie nur zu einem einzigen Zeitpunkt im Leben und nur in geringer Menge gewonnen werden können. Bislang reicht diese Menge nur für eine Anwendung. Die Vermehrung im Labor ist technisch zwar bereits möglich, aber für den Einsatz in der Behandlung noch nicht zugelassen.

Dennoch bieten Stammzellen aus Nabelschnurblut eine Reihe entscheidender Vorteile. So verliert das Abstoßungsproblem durch die Verwendung von Nabelschnur-Stammzellen an Bedeutung. Bei Eigentransplantationen ist eine Abstoßung weitgehend auszuschließen und auch bei Fremdtransplantation ist diese Gefahr geringer, als bei der Verwendung von erwachsenen Stammzellen. Ebenfalls gering ist das Risiko einer Infektion.

Der entscheidende Vorteil für die Zukunft dieser Zellen liegt aber in ihrer Teilungsfähigkeit und in ihren Entwicklungsmöglichkeiten. Im Gegensatz zu erwachsenen Stammzellen sind Nabelschnurblut-Stammzellen von recht geringem Ausprägungsgrad. Ähnlich wie die embryonalen Stammzellen sind sie sehr teilungsfreudig und können sich zu nahezu jeder Art von Gewebe entwickeln. Sie können deshalb prinzipiell nicht nur bei allen Erkrankungen eingesetzt werden, bei denen bisher mit erwachsenen Stammzellen gearbeitet wird, sondern auch weit darüber hinaus.

Für die Zukunft rechnen die Forscher damit, deutlich mehr Krankheiten durch den Einsatz von Stammzellen heilen zu können. Dabei kann der Einsatz von Nabelschnurblut eine mögliche Verwendung der umstrittenen embryonalen Stammzellen in vielen Fällen überflüssig machen. So laufen bereits erste Versuche, mit Nabelschnurblut-Stammzellen Gewebe zu entwickeln, welches z. B. geschädigte Herz-, Leber- oder Nervenzellen ersetzen kann.

Anwendungsmöglichkeiten für Stammzellen

Knochenmarkstransplantation
Die Verwendung erwachsener Blut-Stammzellen ist im Rahmen der Krebstherapie schon lange bekannt. Bei Bestrahlungen oder hochdosierten Chemotherapien, welche die Zerstörung aller Krebszellen zum Ziel haben, wird als unerwünschte Nebenwirkung auch das Knochenmark geschädigt. Die dadurch bedingte Störung der Blutbildung kann ohne einen Ersatz von teilungsfähigen Knochenmarkszellen zum Tode des Patienten führen. Im Anschluss an eine solche Behandlung muss deshalb eine Transplantation von Knochenmarksstammzellen erfolgen, welche aus Knochenmark oder dem fließenden Blut gewonnen werden.

Man unterscheidet dabei die Transplantation von patienteneigenen Stammzellen, welche vor der Chemotherapie gewonnen, von Krebszellen gereinigt und im Anschluss an die Therapie transplantiert werden, von der Fremdtransplantation, bei der gespendete fremde Stammzellen Verwendung finden. Voraussetzung für eine Fremd-Transplantation ist die Gewebeverträglichkeit, die „HLA“-Übereinstimmung zwischen Spender und Empfänger. Die am besten geeigneten Spender sind deshalb meist nahe Verwandte, da hier oft eine hohe Übereinstimmung vorliegt und somit das Risiko einer akuten oder chronischen Abstoßungsreaktion geringer ist, als bei nicht verwandten Spendern.

Bei der Mehrzahl der mittels Stammzellen therapierten bösartigen Erkrankungen wie Lymphknotenkrebs oder soliden Organtumoren ist die Eigen-Transplantation die Therapie der Wahl, um eine Abstoßung zu umgehen. Eine Ausnahme sind die Leukämien, bei denen die Fremdtransplantation bevorzugt wird. Dies hat zwei Gründe. Zum einen ist eine moderate Abstoßungsreaktion erwünscht, bei der die transplantierten Spenderzellen die trotz vorausgegangener Chemo- oder Strahlenbehandlung möglicherweise noch im Körper verbliebenen Leukämiezellen angreifen. Man spricht von der Transplantat-gegen-Leukämie-Wirkung. Zum anderen befürchtet man, dass die patienteneigenen Stammzellen eventuell eine Veranlagung zur Leukämie in sich tragen.

Weitere Einsatzmöglichkeiten der Stammzelltherapie
Nicht nur bei der Blutbildung, auch in den Organen kommen Stammzellen vor, die absterbende Zellen ersetzen und für die Wundheilung zuständig sind. Dies trifft vor allem auf Organe wie die Haut oder den Darm zu, welche über eine große Regenerationsfähigkeit verfügen. Auch in Leber- und Bauchspeicheldrüsengewebe wurden Stammzellen gefunden. Nach heutigem Wissen scheinen Herz und Gehirn nur über eine geringere Stammzellzahl zu verfügen. Verletzungen oder Verschleißerscheinungen können deshalb vom Körper nicht repariert werden, stattdessen wird das untergegangene Gewebe durch funktionsloses Narbengewebe ersetzt.

Es wird nun angestrebt, geschädigte Gewebe oder Organe durch passende Zellen zu reparieren bzw. zu ersetzen. Dafür benötigtes Gewebe soll durch die Vermehrung und Spezialisierung von Stammzellen im Labor gewonnen werden. Ein großes Problem dabei ist derzeit, dass die Faktoren, welche Stammzellen dazu veranlassen, sich in eine bestimmte Richtung zu spezialisieren, noch weitgehend ungeklärt sind. Auch die Identifizierung und Charakterisierung der jeweiligen Stammzellen und ihrer Abkömmlinge sind noch nicht hinreichend erforscht.

Ziel dieser Forschung, die sich derzeit im Experimentalstadium befindet, ist die Gewinnung von außerhalb des Körpers gezüchtetem Ersatz für untergegangenes oder erkranktes Gewebe bei Krankheiten wie Herzinfarkt, Multipler Sklerose, Parkinson, Alzheimer, Rheuma sowie bei verschiedenen Herz- und Bluterkrankungen. Auch geschädigte Inselzellen in der Bauchspeicheldrüse von Diabetikern könnten so ersetzt werden. In Tierversuchen ist dies bereits in einigen Fällen gelungen. Für die Heilung von Verbrennungen kann Haut gezüchtet werden, bisher hat man die Stammzellen dafür aber noch nicht hinreichend erkannt. Auch hier sind aber, genau wie bei schlecht heilenden Knochenbrüchen oder Rückenmarksverletzungen, im Tierversuch bereits erste Erfolge durch entsprechende Stammzelltherapieverfahren zu verzeichnen.

Einsatz von Stammzellen in der pharmakologischen Forschung

Abgesehen von den Einsatzmöglichkeiten in der Behandlung von Krankheiten verspricht sich die Medikamentenforschung große Vorteile durch den Einsatz von Stammzellen. So könnten sie die Wirkung von Medikamenten auf unterschiedliche Zelltypen besser erforschen und überdies auf eine Vielzahl von Tierversuchen verzichten.