Mesenchymale Stammzellen (oder mesenchymal stem cells (MSC) aus dem Englischen) sind in der Lage verschiedene Zellarten des Körperskeletts, wie beispielsweise Knorpel, Knochen und Fett, herzustellen. Wissenschaftler untersuchen wie MSCs verwendet werden könnten, um Knochen- und Knorpelkrankheiten wirksam zu behandeln. Einige MSC Forschergruppen erkunden auch Therapien für andere Krankheiten, aber die wissenschaftliche Grundlage für diese Anwendungen ist noch nicht ausreichend erforscht oder akzeptiert.

Mesenchymale Stammzellen (MSC) sind multipotente Stammzellen, die im Knochenmark vorkommen und wichtig für Aufbau und Reparatur von Skelettgeweben wie Knorpel, Knochen und im Knochenmark enthaltenem Fett sind. Sie sind nicht zu verwechseln mit hämatopoetischen (Blut-)Stammzellen, die ebenfalls im Knochenmark vorhanden sind und unser Blut bilden.

MSCs machen nur einen sehr geringen Anteil aller Zellen im Knochenmark aus, doch die Forscher konnten MSCs isolieren, sodass diese Zellen untersucht werden können.

Neuere Studien legen nahe, dass MSCs wichtig für die Entstehung eines Nischenmilieus (einem „Zuhause“) für Blutstammzellen im Knochenmark sind.

MSC-Therapien werden entwickelt, um bei der Reparatur von Knochen und Knorpeln, z. B. aufgrund von Verletzungen am Meniskus im Knie oder lange fortdauernden Schäden, die zu Arthrose führen, zu helfen.

In Studien werden auch Berichte weiter untersucht, denen zufolge MSCs bei der Bildung neuer Blutgefäße in geschädigtem Gewebe helfen. Dies könnte bedeutende Auswirkungen auf die Behandlung von Gewebeschäden aufgrund von Herzinfarkten und anderen Erkrankungen haben.

Die Wissenschaftler untersuchen derzeit außerdem die Fähigkeit der MSCs, Entzündungen zu lindern, das Fortschreiten von Autoimmunerkrankungen zu bremsen und eine Transplantatabstoßung zu vermeiden.

Stammzell-Forschung ist komplex, detailliert, langsam und schwierig. Teilweise widersprüchliche Ergebnisse aus der frühen (und auch der heutigen) MSC-Forschung erinnern daran, dass die Stammzell-Forschung Zeit braucht, um erfolgreich zu sein.

Es gibt noch sehr viele Unklarheiten darüber, wie MSCs erfolgreich in geschädigtes Gewebe im Körper eingebracht werden können.

Häufig werden transplantierte MSCs schnell wieder aus dem Körper entfernt, was ihre Möglichkeiten für einen Einsatz als Therapie begrenzt. Die Forscher arbeiten an Wegen, wie MSCs im Körper gehalten und angeregt werden können, neuen Knorpel oder Knochen zu bilden.

Human mesenchymal stem cells

Mesenchymale Stammzellen (MSCs) sind ein Beispiel für Gewebe oder "erwachsene" Stammzellen. Sie sind "multipotent", d.h. sie können mehr als eine Art von spezialisierten Zellen, aber nicht alle Arten des Körpers  produzieren. MSCs entwickeln sich zu den verschiedenen spezialisierten Zellen die im Skelettgewebe gefunden werden können. Sie können zu verschieden Zellen differenzieren  - oder spezialisieren - wie zum Beispiel  Knorpelzellen (Chondrozyten), Knochenzellen (Osteoblasten) und Fettzellen (Adipozyten). Diese spezialisierten Zellen haben jeweils ihre eigenen charakteristischen Formen, Strukturen und Funktionen und jede gehört zu einem bestimmten Gewebe

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass MSCs auch in andere spezialisierte  Arten von Zellen, die nicht dem skelettalen Gewebe angehören, differenzieren können. Dazu zählen zum Beispiel Nervenzellen, Herzzellen, Leberzellen und Endothelzellen, die die innere Lage der Blutgefäße bilden. Diese Ergebnisse konnten bisher allerdings nicht bestätigt werden. In einigen Fällen schien es, dass die MSCs mit den bestehenden spezialisierten Zellen verschmolzen, was zu falschen Schlussfolgerungen über die Differenzierungsfähigkeit der Zellen führte. In anderen Fällen führten Chemikalien, die für das Wachsen von MSCs im Labor verwendet wurden,  zu künstlichen Ergebnissen.
 

Differenzierungspotential von Mesenchymalen Stammzellen
Differenzierungspotential von Mesenchymalen Stammzellen: MSCs können Fett-, Knorpel- und Knochenzellen bilden. Es wurde noch nicht endgültig nachgewiesen, ob sie auch andere Koerperzellen bilden können.

 

MSCs wurden ursprünglich im Knochenmark gefunden. Auch eine Vielzahl von anderen Geweben enthalten MSCs, wie etwa Nabelschnurblut, Fettgewebe und Muskeln. Es wurde jedoch noch nicht endgültig geklärt, ob Zellen aus diesen  Geweben wirklich mit mesenchymalen Stammzellen des Knochenmarks übereinstimmen oder zumindest ähnlich sind.

Das Knochenmark enthält viele verschiedene Zelltypen. Unter ihnen sind Blutstammzellen (auch hämatopoetische Stammzellen) und eine Vielzahl verschiedener Arten von Zellen, die zu einer Gruppe unter der Bezeichnung 'mesenchymale' Zellen zusammengefasst werden. Nur etwa 0,001-0,01% der Zellen im  Knochenmark gehören zur Gruppe der mesenchymalen Stammzellen.

Es ist relativ einfach, ein Gemisch aus verschiedenen mesenchymalen Zelltypen aus adultem Knochenmark zu Forschungszwecken zu gewinnen. Aber die Isolierung des kleinen Anteils von mesenchymalen Stammzellen ist komplizierter. Einige der Zellen in der Mischung können beispielsweise in der Lage sein, Knochen oder Fettgewebe zu bilden, besitzen aber nicht alle Eigenschaften von mesenchymalen Stammzellen. Die Herausforderung besteht darin, die Zellen zu identifizieren, die sowohl sich selbst erneuern können als auch  die Fähigkeit besitzen, in Knochen-, Knorpel- und Fettgewebe zu differenzieren. Derzeit gibt es noch keinen Konsens darüber, wie dies am besten erreicht werden kann.

Derzeit gibt es noch keine zugelassenen Behandlungen mit MSCs. Jedoch werden derzeit mehrere Möglichkeiten für ihre Verwendung in der Klinik erforscht.

Knochen-und Knorpelreparatur

Die Fähigkeit von MSCs in Knochenzellen (Osteoblasten) zu differenzieren, hat zu ihrer Verwendung in ersten klinischen Studien geführt, die die Sicherheit von potentiellen Methoden zur Knochenreparatur untersuchen. Diese Studien forschen nach möglichen Behandlungen für lokalisierte Skelettdefekte (Schäden an einem bestimmten Ort im Knochen).

Ein weiterer Forschungsschwerpunkt  liegt auf der Behandlung von Knorpeldefekten mittels MSCs. Knorpel bedeckt die Enden von Knochen und ermöglicht das schmerzfreie Bewegen der Gelenke. Er kann durch eine plötzliche Verletzung, wie einen Sturz oder über einen längeren Zeitraum durch eine chronische Gelenkerkrankung (z.B. Osteoarthritis), beschädigt werden. Knorpel kann sich nach einer Beschädigung nicht selbst reparieren. Die beste Behandlung für schwere Knorpelschäden ist zurzeit eine Operation, um das beschädigte Gelenk durch ein künstliches zu ersetzen. Da MSCs zu Knorpelzellen (Chondrozyten) differenzieren können, hoffen die Wissenschaftler durch die Injizierung von MSCs in Patienten auf Reparatur und Wartung der Knorpel in den Gelenken. Forscher untersuchen auch die Möglichkeit, dass transplantierte MSCs Stoffe freisetzen, die den eigenen Zellen des Patienten ermöglichen den Schaden zu reparieren.

Viele Hürden bleiben bevor diese Art der Behandlung Wirklichkeit werden kann. Ein Probelm, wenn MSCs transplantiert werden, besteht darin,  dass die meisten von ihnen schnell aus dem Körper entfernt werden. Neuen Techniken für die Transplantation der Zellen, wie die Entwicklung dreidimensionaler Strukturen oder Gerüsten,  sollen helfen die Bedingungen in dem Teil des Körpers, in dem die Zellen benötigt werden,  zu imitieren. Diese Gerüste halten die Zellen und sollen ihnen dabei helfen in den gewünschten Zelltyp zu differenzieren.

Reparatur von Herz und Blutgefäßen
Einige Studien an Mäusen legen nahe, dass MSCs die Bildung von neuen Blutgefäßen in einem Prozess namens Gefäßneubildung  fördern können. MSCs differenzieren nicht selbst zu neuen Blutgefäßzellen, sondern unterstützen die Gefäßneubildung vielmehr. Zum Beispiel können sie Proteine freisetzen, die das Wachstum von anderen Zellen, den sogenannten endothelialen Vorläufern,  stimulieren und die dann wiederum die ein Weg sein könnten,  Schäden an Blutgefäßen zu reparieren die im Zusammenhang mit Herzinfarkten oder Krankheiten entstehen. Eine Reihe von klinischen Studien mit MSCs in Patienten sind derzeit im Gange, aber es ist noch nicht abzusehen, ob diese Behandlungen erfolgreich sein werden.

Entzündliche und Autoimmun-erkrankungen
Einzelne Forschergruppen konnten zeigen,  das MSCs die Erkennung durch das Immunsystem vermeiden und so von einem Patienten zum anderen ohne Gefahr der Abstoßung durch den Körper transplantiert werden können. Jedoch wurden diese Ergebnisse nicht durch weitere Studien bestätigt. Es wurde auch vorgeschlagen, dass MSCs die Vermehrung von Immunzellen im Körper möglicherweise verlangsamen könnte  und damit helfen Entzündungen zu verringern, wie sie bei Transplantatabstoßung oder Autoimmunerkrankungen auftreten. Auch dies wurde noch nicht endgültig bewiesen und es sind weitere Forschung erforderlich um festzustellen, ob MSCs für diese Art von Behandlung verwendet werden können.

Die Forschung um Therapien mit MSCs steckt noch in den Kinderschuhen. Weitere Studien sind erforderlich, bevor solche Therapien routinemäßig bei Patienten eingesetzt werden können.
Offene Fragen sind:

  • Wie können die Zellen gesteuert werden?
  • Wie verhalten sie sich, wenn sie in den Körper gelangen?
  • Wie werden sie an die richtige Stelle gebracht, so dass sie effektiv arbeiten können?  

Durch das Studium, wie diese Zellen innerhalb des Körpers arbeiten und interagieren, erhoffen sich die Forscher, sichere und effektive neue Behandlungen zu entwickeln.

Dieses Datenblatt wurde von Clara Sanz Nogués und Mikey Creane erstellt und wurde von Paolo Bianco geprüft.

Titelbild: Menschliche MSCs von Marc Healy, NUI Galway. Diagramm und Fotos menschlicher MSCs von Clara Sanz, NUI Galway. Bilder der gefärbten nicht-differenzierten und differenzierten MSCs entnommen aus: „Mesenchymal stem cells: Clinical applications and biological characterization“, Int J Biochem Cell Biol (2004) 36 (4): 568-584 mit Erlaubnis der Autoren und Elsevier.


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