Zellbiologie VL 13

iPSC könnten für personalisierte Medizin eingesetzt werden. Zellen werden einem Patienten entnommen und zu Stammzellen programmiert. Mit Genomeditierung stellt man gesunde Zellen her und transplantiert sie dem Patienten

Außerdem werden ethische Probleme umgangen, da man keine embryonalen Stammzellen braucht

Totipotente Stammzellen kommen im frühesten Embryostadium vor ca. 1-3 Tage nach der Befruchtung

Diese Zellen können unter Zerstörung dieser Zellen gewonnen werden.

Spezifische Mechanismen

1. Asymmetrische Zellteilung: Zelle teilt sich in eine Stammzelle, die den Stammzellenpool enthält und eine differenzierte Zelle. So bleibt immer eine Stammzelle übrig. Die Haut teilt sich asymmetrisch um sich zu regenerieren

2. Symmetrische Zellteilung: Zelle teilt sich in zwei identische Stammzellen, wodurch der Pool vergrößert wird. Z.B bei der Hämatopoese (Blutbildung) teilen sich die Stammzellen nach einer Verletzung oder Chemotherapie symmetrisch

3. Signalregulation durch Stammzellnische: Die Stammzellnische gibt biochemische und physikalische Signale, die den Stammzellpool regulieren. Sie entscheiden ob Stammzellen sich teilen, differenzieren oder im Ruhezustand bleiben. Bei Darmepitheln wird das Gewebe durch Signale der Nische reguliert

Eine Stammzelle ist eine nicht terminal differenzierte Zelle, die sich selbst erneuern, unendlich teilen und in spezialisierte Zelltypen differenzieren kann. Sie spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung, Regeneration und Heilung von Geweben.

- Geregelt durch das Embryonenschutzgesetz und das Stammzellgesetz

- Die Gewinnung von embryonalen Stammzellen

- Für Forschung ist ein Import aus dem Ausland erlaubt

Transdifferenzierung ist die „Überführung“ einer differenzierten Zelle in eine andere differenzierte Zelle

Bsp: Fibroblast -> Neuron, Neuron -> Leberzelle

Stammzell-Engineering umfasst die gezielte Manipulation von Stammzellen zur Entwicklung von Geweben, Organen oder zur Krankheitsbehandlung.

Ziele:

- Geweberegeneration

- Medikamententests

- (Gen-)Therapien

Beispiel:

- Funktion der Insulinzellen wieder herstellen

- Neuronen regenerieren

- Somatische Zellen können so beeinflußt werden, dass sie sich in Stammzellen zurückverwandeln -> Induktion oder nukleäre Reprogrammierung

- Transfektion mit Transkriptionsfaktoren: c-myc, klf-4, sox-2, oct-4

- Shinya Yamanaka entwickelte dieses Verfahren: „Yamanaka-Faktoren“

- Können durch Transfektion von der Zelle selbst exprimiert werden (1. Generation iPSC) oder sogar durch Zusatz des Proteins ins Kulturmedium (2. Generation iPSC –> protein-induced pluripotent stem cells (piPSC))

- Zahlreiche Zellen sind bereits reprogrammiert worden: ß-Zellen aus Pankreas, Haut, Leber und Magen

- Stammzellen vieler Gewebe scheinen eine Markierung ihrer DNA zu konservieren

2 Erklärungen:

- teilen sich nur sehr selten

- teilen ihre DNA Stränge asymmetrisch --> nur die Stammzelle behält die Stammzell-DNA -> Dies ist für den Muskel bereits gezeigt

=> Großer Vorteil: Zellen, die den unsterblichen Strang besitzen, können keine Mutationen anhäufen, die durch die Replikation entstehen -> vermindert das Krebsrisiko

Die Potenz beschreibt das Differenzierungspotenzial von Stammzellen, also die Fähigkeit, sich in verschiedene Zelltypen zu entwickeln. Es gibt folgende Kategorien:

Totipotenz (Omnipotenz): Die Zellen können in alle 220 Gewebetypen des menschlichen Körpers differenzieren, inklusive der extraembryonalen Gewebe (Placenta)

Pluripotenz: die Zellen können in alle 220 Gewebetypen des menschlichen Körpers differenzieren außer der extraembryonalen Gewebe (Placenta)

Multipotenz: die Zellen können nur noch die Zellen innerhalb ihrer Differenzierungslinie bilden (hämatopoëtische Stammzellen -> bilden alle Zellen des Bluts)

Unter einer Stammzellnische versteht man ein Areal innerhalb eines mehrzelligen Organismus, in dem Stammzellen vorliegen. Wichtige Bestandteile einer Stammzellnische sind zelluläre und nicht-zelluläre Komponenten, sowie die exakte anatomische Struktur der Körperregion.

- Als Klonierung wird die identische Vervielfältigung einer Zelle oder eines Organismus bezeichnet.

- Natürliche Klone: eineiige Mehrlinge

- Klonierung ist die Voraussetzung für alle Vorhaben, die nach der Gewinnung von Stammzellen aus Embryonen zur Therapie eingesetzt werden.

- Dieses Verfahren wird deswegen als Therapeutisches Klonen bezeichnet.

- Im Unterschied zum Therapeutischen Klonen wird beim Reproduktiven Klonen ein kompletter Mensch (Organismus) erzeugt

Natürlicher Klon: Ein genetisch identischer Organismus wird durch Prozesse wie Zwillingsteilung geschaffen.

Therapeutischer Klon: Erzeugung von Stammzellen durch somatischen Zellkerntransfer (SCNT) zur Heilung oder Erforschung, ohne einen gesamten Organismus zu entwickeln.

Der Zellkern stammte zwar vom geklonten Schaf, jedoch kam die Mitochondriale DNA vom Eizellspender

- Verkürzte Telomere

- DNA Methylierungsmuster

Bakterien sind keine Klone, da F-Pili Genmaterial austauschen können und Bakterien somit keine exakt gleichen Genome haben.

Dies gelingt durch die Zugabe von Wachstumsfaktoren wie SCF (Stem Cell Factor) und IL-6 (Interleukin-6), sowie durch die Nachahmung der Stammzellnische in 3D-Kulturen oder Co-Kulturen mit unterstützenden Zellen.

Embryonale Stammzelle: Pluripotente Stammzellen, die aus der inneren Zellmasse einer Blastozyste gewonnen werden

Adulte Stammzelle: Multipotente Stammzellen, die in spezifischen Geweben (z.B. Knochenmark) vorkommen und für die Regeneration und Reparatur in diesem Gewebe verantwortlich sind