Hautstammzellen: woher kommen sie und was können sie?

Die Haut ist ein ausgesprochen wichtiges Gewebe unseres Körpers. Sie schützt uns vor Infektionen und unseren Körper vor der Austrocknung. Außerdem lässt sie uns viele verschiedene Sachen empfinden,wie zum Beispiel Druck oder Hitze. Unsere Haut muss im Laufe unseres Lebens ständig erneuert werden. Es liegt in der Verantwortung einer Vielzahl verschiedener Stammzellen die Haut in Form zu halten.

Die Haut ist ein besonderes Organ, das uns zugleich schützt und die Welt um uns herum spüren lässt.

Die Haut besteht aus drei Schichten, von denen jede spezialisierte Zellen enthält.

Eine Vielzahl von Stammzellen ist nötig, um unsere Haut Tag für Tag instandzuhalten und zu reparieren. Forscher haben Stammzellen identifiziert, die für die Bildung der Epidermisschicht, der Haarfollikel und der Hautpigmente zuständig sind.

Epidermale Stammzellen werden gegenwärtig in der Klinik genutzt, um für Patienten mit lebensbedrohlichen Verbrennungen Haut zu züchten. Doch dieser Prozess ist kompliziert und teuer und die gezüchtete Haut entspricht nicht der natürlichen Haut. Sie verfügt nicht über Schweißdrüsen, Haarfollikel und Talgdrüsen.

Die Forscher arbeiten derzeit daran, Methoden zu entwickeln, mit denen Haut gezüchtet werden kann, die mehr natürliche funktionelle Bestandteile wie Talgdrüsen und Haarfollikel enthält. Dadurch werden Hauttransplantate haltbarer und sehen natürlicher aus.

Momentan müssen für die Haut aus dem Labor Tierzellen verwendet werden, auf denen die menschlichen Hautzellen dann gezüchtet werden. Dies hat sich als sicher erwiesen, doch die Forscher versuchen weiterhin, Methoden zu entwickeln, bei denen keine Tierzellen mehr für die Behandlung benötigt werden.

Außerdem arbeiten die Forscher am Einsatz genetisch modifizierter Hautstammzellen zur Behandlung von Hautkrankheiten wie der Epidermolysis bullosa.

In letzter Zeit wurden große Fortschritte bei der Züchtung von Haut gemacht, die Bestandteile wie Haarfollikel und Drüsen enthält. Doch unser Körper hat viele verschiedene Arten von Haut. Man vergleiche nur die Haut auf den Handflächen mit der Kopfhaut! Zu lernen, wie diese verschiedenen Hautarten gezüchtet werden können, ist derzeit noch eine wichtige, zu erledigende Aufgabe.

Die größte Herausforderung bei der Entwicklung von Hautstammzelltherapien ist die Suche nach Methoden, die für die Patienten schnell verfügbar und bezahlbar sind.

Beim Menschen und bei anderen Säugetieren besteht die Haut aus drei Teilen - der Epidermis, der Dermis und der Subcutis (oder Hypodermis). Die Epidermis bildet die Oberfläche der Haut. Sie besteht aus mehreren Schichten von Zellen, die auch als Keratinozyten bezeichnet werden. Die Dermis befindet sich unter der Epidermis und beinhaltet folgende Hautanhangsgebilde: Haarfollikel, Talgdrüsen und und Schweißdrüsen. Die Subcutis enthält Fettzellen und einige Schweißdrüsen.

Skin structure diagram
Die Haut und ihr Aufbau: Die Haut besteht aus drei Hauptschichten - der Epidermis, der Dermis und der Subcutis. Die Epidermis besteht aus weiteren Schichten von Zellen, den sogenannten Keratinozyten. BL = basale Schicht; SL = Stachelzellschicht; GL = Körnerzellschicht; SC= Glanzschicht.

Bild angepasst mit Erlaubnis von Macmillan Publishers Ltd: Nature Reviews Genetics 3, 199-209 (March 2002), Getting under the skin of epidermal morphogenesis, Elaine Fuchs & Srikala Raghavan; doi:10.1038/nrg758; Copyright 2002.

Im alltäglichen Leben hat deine Haut mit vielen äußeren Einflüssen und Abnutzungserscheinungen zu kämpfen. Sie ist ständig chemischen Stoffen wie Seife oder physikalischer Belastungen wie der Reibung durch Kleidung oder der Einstrahlung von Sonnenlicht ausgesetzt. Die Epidermis und die Hautanhangsgebilde müssen fortwährend erneuert werden, um deine Haut in einem guten Zustand zu halten. Vor allem aber, muss deine Haut in der Lage sein sich effizient selbst zu reparieren, um weiterhin ihren Job erledigen zu können, beispielsweise dann, wenn du dich geschnitten oder deine Haut anderweitig verletzt hast. Deine Haut schützt deinen Körper vor der Außenwelt.Keratinocyte colonies

Hautstammzellen machen all dies möglich. Sie sind für die stetige Selbsterneuerung (Regeneration) deiner Haut verantwortlich und sorgen dafür, dass Wunden heilen. Bisher haben Wissenschaftler verschiedene Arten von Hautstammzellen identifiziert:

  • epidermale Stammzellen sind für die alltägliche Regeneration der unterschiedlichen Schichten der Epidermis verantwortlich. Diese Stammzellen findet man in der basalen Schicht der Epidermis.
  • Haarfollikel-Stammzellen sichern die konstante Selbsterneuerung der Haarfollikel. Sie sind außerdem in der Lage die Epidermis und die Talgdrüsen zu regenerieren, wenn diese Gewebe beschädigt sind. Haarfollikel-Stammzellen findet man überall in den Haarfollikeln. 
  • Melanozyten-Stammzellen sind für die Regeneration der Melanozyten zuständig, einer Art von Pigmentzellen. Melanozyten produzieren den Pigmentfarbstoff Melanin und spielen deshalb eine wichtige Rolle bei der Pigmentierung der Haut und von Haarfollikeln. Es ist noch nicht sicher, wo diese Zellen beim Menschen zu finden sind.

Einige Studien deuten darauf hin, dass eine weitere Art von Stammzellen in der Dermis und der Hyperdermis zu finden ist - die sogenannten mesenchymalen Stammzellen. Dies ist allerdings ein strittiges Thema unter Wissenschaftlern und weitere Untersuchungen sind nötig, um endgültig herauszufinden, ob diese Zellen echte mesenchymale Stammzellen sind und welche Rolle sie in der Haut spielen.

Epidermale Stammzellen gehören zu den wenigen Stammzelltypen, die bereits bei der Behandlung von Patienten zum Einsatz kommen. Dank einer Entdeckung, die 1970 von Professor Howard Green in den USA gemacht wurde, können epidermale Stammzellen eines Patienten entnommen, vervielfältigt und dazu genutzt werden, um neue Epidermis im Labor zu züchten. Diese Epidermis kann dann als Hauttransplantat für den Patient verwendet werden. Diese Technik wird hauptsächlich eingesetzt um das Leben von Patienten zu retten, die Verbrennungen dritten Grades über große Teile ihres Körpers erlitten haben. Nur eine Handvoll klinischer Zentren sind in der Lage diese kostspielige Behandlung erfolgreich durchzuführen. Allerdings ist es keine ideale Lösung. Mit dieser Methode kann ausschließlich die Epidermis ersetzt werden; die neue Haut besitzt keine Haarfollikel, Schweißdrüsen oder Talgdrüsen.

Eine der derzeitigen Herausforderungen an Stammzellforscher ist es, zu verstehen, wie Hautanhangsgebilde regeneriert werden können. Dieses Wissen könnte dazu verhelfen, die Behandlungen von Brandopfern, oder von anderen Patienten mit Hautverletzungen, zu verbessern.

Wissenschaftler arbeiten ebenfalls daran, neue Wege zu entwickeln, wie Hautzellen im Labor gezüchtet werden können. Epidermale Stammzellen werden momentan auf einer Schicht aus Nagetierzellen (sogenannten murinen Zellen) kultiviert. Diese Kulturbedingungen wurden als sicher befunden, aber es wäre natürlich wünschenswert, die Verwendung von Tierprodukten zu vermeiden, wenn es darum geht, die kultivierte Zellen auf Patienten zu transplantieren. Deshalb suchen Wissenschaftler nach geeigneten Kulturbedingungen, die keine Einsatz muriner Zellen benötigen.

Des weiteren arbeiten Forscher daran, genetische Krankheiten, die die Haut betreffen, zu behandeln. Hautstammzellen, welche im Labor kultiviert werden, können von Forschern genetisch modifiziert werden, z.B. durch das Hinzufügen eines fehlenden Gens. Die Zellen, die in der richtigen Weise modifizierten wurden, können anschließend selektiert und im Labor vervielfältigt werden, um letztendlich als Transplantate für Patienten zu dienen. Epidermolysis bullosa ist ein Beispiel einer genetischen Hautkrankheit, die mit Hilfe eines solchen Ansatzes behandelt werden könnte. Derzeit wird dieses Verfahren getestet.

Cicatrix e.V. - Gemeinschaft für Menschen mit Verbrennungen und Narben

Dieses Factsheet wurde erstellt von Melissa Maggioni und geprüft durch Yann Barrandon.

Photographie eines Hauttransplantats von Yann Barrandon, veröffentlicht in Ronfard et al., TRANSPLANTATION 2000.

Skin structure diagram adapted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature Reviews Genetics 3,199-209 (March 2002), Getting under the skin of epidermal morphogenesis, Elaine Fuchs & Srikala Raghavan; doi:10.1038/nrg758; Copyright 2002.

Weitere Abbildungen von Melissa Maggioni.