Blutstammzellen: Die Pioniere der Stammzell-Forschung

Stammzellen des Blutes sind die ersten Stammzellen,die identifiziert wurden. Ihre Entdeckung in den 60'ern markierte den Beginn der Stammzell-Forschung. Noch heute lernen Forscher von Blutstammzellen und arbeiten daran,neue Methoden zu entwickeln,um sie in der Klinik anzuwenden.

Die Blutstammzellen (oder hämatopoetischen Stammzellen) wurden in den 1960er Jahren als allererste Stammzellen entdeckt.

Blutstammzellen sitzen vorwiegend im Knochenmark und bilden alle im Blut vorkommenden Zellen einschließlich der Zellen, die für das Immunsystem wichtig sind.

Transplantationen von Blutstammzellen werden inzwischen weithin zur Behandlung von Erkrankungen wie Leukämie, Anämie und Autoimmunerkrankungen eingesetzt.

Doch Blutstammzelltransplantate tragen immer noch beträchtliche Risiken. Die Patienten sind nach der Behandlung noch über mehrere Wochen sehr anfällig für Infektionen und Komplikationen wie Abstoßungsreaktionen (die Graft-versus-Host-Krankheit) können tödlich verlaufen.

Zur Verbesserung der Therapien erforschen die Wissenschaftler derzeit den Ursprung der Blutstammzellen im Embryo und durch welche Signale Blutstammzellen bei Erwachsenen gesteuert werden.

In Studien wird untersucht, wie es zu Fehlfunktionen der Blutstammzellen kommt und was zu Krankheiten wie Leukämie und Anämie führt.

Die Forscher entwickeln Möglichkeiten, Blut für Transfusionen im Labor herzustellen anstatt es Spendern entnehmen und auf Krankheiten testen zu müssen.

Momentan wird auch erforscht, wie aus induzierten pluripotenten Stammzellen Blutstammzellen gezüchtet werden können, sodass die Prüfung auf Kompatibilität zwischen Patient und Spender nicht mehr nötig ist und das Risiko schlechter Abgleichungen vermieden wird.

Zwei wichtige Herausforderungen bei Blutstammzelltransplantaten sind das Infektionsrisiko und die Inkompatibilität zwischen Patienten- und Spenderzellen. Beide Aspekte werden derzeit aktiv untersucht.

Mithilfe von Studien will man besser verstehen, auf welche Signale hin Blutstammzellen gebildet werden und wie ihr Verhalten gesteuert wird. Doch dieser Prozess ist zeit- und arbeitsintensiv.

Für die Herstellung von Blut oder Blutstammzellen aus pluripotenten Stammzellen im Labor müssen Forscher in der Lage sein, das Verhalten der Stammzellen sehr genau zu kontrollieren, damit identische Zellen von gleichbleibender Qualität entstehen. Diese Herausforderung wird noch dadurch erschwert, dass letztendlich über entsprechende Produktionsprozesse große Mengen an Zellen hergestellt werden müssen.

Blood cells

Stammzellen des Blutes werden auch hämatopoetische Stammzellen genannt. Wie andere Stammzellen, so können auch diese sich selbst erneuern oder kopieren. Desweiteren können sie verschiedene Subtypen von spezialisierten Zellen des Blutes produzieren: sowohl rote, als auch die zahlreichen weissen Blutzellen, die wichtig sind fuer das Immunsystem des Körpers.

Der Stammbaum des Blutes
Der Stammbaum des Blutes:  Blutstammzellen sind der Ursprung aller Blutzelltypen. Nach der Teilung einer Blutstammzelle, können die Tochterzellen verschiedene Wege der Differenzierung beschreiten, um unterschiedlich spezialisierte Blutzellentypen zu produzieren.

Spezialisierte Blutzellen leben nicht sehr lange, so dass der Körper sie kontinuierlich erneuern muss. Dies ist die Aufgabe der Blutstammzellen. Sie treten im Mark der langen Knochen auf, wie der des Wadenknochen, der Hüfte, der Wirbelknochen und dem Brustkorb. Sie können aber auch bei der Geburt aus Nabelschnur und der Plazenta entnommen werden.

Blutstammzellen müssen genau die exakte Anzahl aller Blutzelltypen produzieren um den Körper gesund zu halten. Dieser Prozess wird sehr sorgsam kontrolliert. Wenn hierbei etwas schief geht, kann dies in einer Blutkrankheit, wie Leukämie oder Anämie, führen.

Blutstammzellen werden schon häufig genutzt um derartige Krankheiten zu bekämpfen. Eine im Jahre 2008 durchführte Umfrage in ergab, dass in Europa mehr als 26.000 Patienten pro Jahr mit Blutstammzellen behandelt wurden. Diese Blutstammzellen stammen von drei unterschiedlichen Quellen: dem Knochenmark, der Blutbahn eines Erwachsenen oder dem Nabelschnurblut. Sogenannte

  1. Knochenmark Transplantate sind eigentlich Blutstammzell Transplantate. Solche Transplantate können genutzt werden, um Patienten mit Blutkrankheiten, wie Leukämien, Lymphome oder Multiple Myelome zu behandeln. Hohe Dosen von Chemotherapeutika oder Bestrahlung vernichten die Blutstammzellen des Patienten. Dem Knochenmark eines gesunden Spenders werden gesunde Blutstammzellen entnommen und dem Patienten transplantiert. Die Blutstammzellen des Spenders können dann im Patienten die Aufgabe übernehmen neue Blutzellen zu bilden.
  2. Blutstammzellen können auch der Blutbahn entnommen werden. Hierfür werden spezielle Proteine zur Stimulierung der Blutstammzellen eingesetzt, so dass diese vom Knochenmark in die Blutbahn migrieren und auf diese Weise ausreichend Zellen für eine Tranplantation isoliert werden können. Diese Stamzellen werden am häufigsten für die Behandlung von Krebserkrankungen wie Leukämien und Lymphome genutzt.
  3. Blutstammzellen können nach der Geburt aus der Nabelschnur isoliert werden. Die Zellen können dann genutzt werden, um einige Bluterkrankungen, wie z.B. Leukämie, angeborene Immundefekte, Anämien oder Sichelzellerkrankungen von Kindern zu behandeln. Forscher versuchen neue Wege zu finden um die Menge an Stammzellen zu erhöhen, die der Nabelschnur entnommen werden kann, um routinemäßig auch Erwachsene zu behandeln.

Putative haematopoietic stem cells
Blut Stammzellen? Diese Zellen eines frühen Embryos haben die Eigenschaften von Stammzellen des Blutes

Forscher versuchen immer noch die Entwicklung von Blutstammzellen im Embryo zu verstehen, ihre Regulation im erwachsenen Körper und die entsprechenden Defekte bei unterschiedlichen Blutkrankheiten. Mit dem aktuellen Verständnis über Blutstammzellen erforschen sie neue Therapiemöglichkeiten. Ein Knochenmarktransplantat ist nur möglich, wenn ein kompatibler Spender gefunden wird. Der Patient und der Spender müssen sehr sorgsam abgeglichen werden, um die Abstoßung des Transplantats durch das Immunsystem zu verhindern. Selbst wenn ein passender Spender gefunden wird, gibt es immer noch ein geringes Abstoßungsrisiko. Nabelschnurblut muss zwar nicht so sorgsam mit dem Patienten abgeglichen werden, jedoch liefert es für die Behandlung eines erwachsenen Patienten nicht genug Stammzellen. Deswegen müssen neue Alternativen erforscht werden.

Forscher suchen nach Möglichkeiten um große Mengen an Blutstammzellen im Labor zu produzieren. Zudem entwickeln sie auch Methoden um spezialisierte Blutzellen aus Blutstammzellen, wie z.B. rote Blutzellen, zu züchten, welche dann für Bluttransfusionen genutzt werden können.

 

Rote Blutzellen aus embryonalen Stammzellen
Rote Blutzellen sind transportieren Sauerstoff. Bei Patienten, die viel Blut verlieren, muss dieses so schnell wie möglich durch eine Bluttransfusion ersetzt werden. Forscher arbeiten an der Entwicklung alternativer Methoden, da es nicht genug Blutspender gibt, um die Nachfrage von Patienten zu decken. Da embryonale Stammzellen das Potenzial haben sich in jeden Zelltyp des Körpers zu entwickeln, könnten sie ein potenziell unlimitiertes Angebot an roten Blutzellen bereitstellen. Mitlerweile ist es Forschern schon gelungen, eine kleine Anzahl an roter Blutzellen aus embryonalen Stammzellen im Labor zu züchten. Derzeitig besteht die eigentliche Herausforderung darin, Techniken zur Produktion größerer Mengen roter Blutzellen zu etablieren, die für Transfusionen benötigt werden.

Das Züchten von Blutstammzellen im Labor
Wie auch andere reife Blutzellen, so sind auch rote Blutzellen kurzlebig und für bestimmte Funktionen spezialisiert. Für eine dauerhafte Heilung von Krankheiten, müssen Ärzte Zellen transplantieren, die neue Blutzellen produzieren: Blutstammzellen. Wissenschaftler suchen nach neuen Methoden zur unbegrenzten Züchtung von Blutstammzellen. Eine Möglichkeit könnte die Entnahme von Stammzellen des Knochenmarks sein, um diese dann im Labor zu züchten und zu vervielfachen. Forscher versuchen zudem auch, Blutstammzellen aus embryonalen Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS) zu züchten. Zur Produktion von Blutstammzellen könnten iPS Zellen aus Patienten-eigenen Hautzellen gewonnen. Dies würde zudem auch das Problem einer Abstoßung der Zellen durch das Immunsystems beheben.

Scientist culturing cells
Im Labor gezüchtete Blutzellen müssen in guter Beobachtung stehen.

 

Dieses Faktenblatt wurde erstellt von Christèle Gonneau und bewertet von Lesley Forrester undCristina Pina. Übersetzung ins Deutsche durch Anja Hafemann

Hauptbild der Blutstammzellen von Anne Weston / Wellcome Images. Foto der Blutstammzelle reproduziert mit Erlaubnis von Taoudi et al. (2005) "Progressive divergence of definitive haematopoietic stem cells from the endothelial compartment does not depend on contact with the foetal liver",  Development 132: 4179- 4191. Alle anderen Bilder mit freundlicher Genehmigung von Joanne Mountford an der University of Glasgow.