Was sind Stammzellen?

In Kürze
Stammzellen sollen schwerste Krankheiten heilen, sogar die Medizin revolutionieren. Was macht sie so besonders? Auf den ersten Blick wenig - Stammzellen besitzen exakt die gleichen Gene und Organellen wie andere Zellen auch. Doch sie haben sich eines bewahrt: Die Fähigkeit zu unbe­grenztem Wachstum.

Entwicklungsfähigkeit der Stammzellen

Totipotente, pluripotente und multipotente Stammzellen unterscheiden sich in ihrer Entwicklungsfähigkeit
Unterschiedliche Formen von Stammzellen unterscheiden sich in ihrer Entwicklungsfähigkeit. Manche können noch ein ganzes Lebewesen, andere nur einzelne Gewebe hervorbringen.
Die wesentliche Aufgabe der Stammzellen besteht darin, sich zu teilen. Nur so können Lebewesen entstehen und Organe funktionstüchtig gehalten werden. Normale Gewebe­zellen sind dazu nicht in der Lage, ihre Wachstums­fähigkeit ist stark begrenzt.
Doch Stammzellen vermehren sich nicht nur, sie entwickeln sich auch weiter. Denn sie kennen zwei Arten der Teilung: Bei der symmetrischen Teilung entstehen zwei Stammzellen, die mit der Mutterzelle identisch sind. Bei der asymmetrischen Teilung hingegen entsteht eine Stammzelle und eine andere Zelle - mit anderen Eigenschaften.
Die symmetrische Teilung macht Stammzellen fast unsterblich: Sie erzeugt immer wieder neue Stammzellen1,
und das in quasi unbegrenzter Zahl. Doch die asymmetrische Teilung ist das eigentliche Merkmal der Stammzellen2: Sie ermöglicht den Aufbau und die Reparatur von Organen, indem sie neue Gewebezellen produziert. Beim Embryo ermöglicht sie sogar die Entwicklung eines ganzen Menschen.

Teilung von Stammzellen

Die asymmetrische Teilung erzeugt Gewebezellen, die symmetrische Teilung Stammzellen
Eine mögliche Definition von Stammzellen: Nur Stammzellen teilen sich asymmetrisch und bringen so neues Gewebe hervor.

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In Kürze

  • die symmetrische Teilung der Stammzellen bringt immer neue Stammzellen hervor
  • die asymmetrische Teilung erzeugt eine Stammzelle und eine Gewebezelle
  • alle Zellen des Körpers entstehen aus Stammzellen
  • embryonale Stammzellen können alle, adulte nur noch bestimmte Gewebe hervorbringen
Bei der asymmetrischen Teilung entstehen entweder fertig entwickelte (oder ausdifferenzierte) Gewebezellen oder Stammzellen mit verminderten Möglichkeiten (Potenz). In beiden Fällen werden Teile der Erbinformation verändert: Die Gene gehen zwar nicht verloren, können aber nicht mehr abgelesen werden.
Daher weisen verschiedene Arten von Stammzellen unterschiedliche Fähigkeiten auf. Aus der befruchteten Eizelle - der totipotenten Urstammzelle - entwickelt sich ein ganzer Mensch. Pluripotente embryonale Stammzellen können zwar noch jedes Körpergewebe, aber keine Plazenta mehr bilden: Die Fähigkeit, sich im Uterus der Mutter einzunisten, geht verloren. Aus den multipotenten fetalen und adulten Stammzellen schließlich können nur noch einzelne, vorbestimmte Gewebe oder Organe entstehen.
Im Verlauf dieser schrittweisen Spezialisierung werden viele Gene endgültig abgeschaltet. Die differenzierte Gewebezelle steht am Endpunkt dieser Entwicklung, sie hat die Fähigkeit zur Teilung und Entwicklung verloren. Sogenannte epigenetische Markierungen auf dem DNA-Strang verhindern, dass die notwendigen Gene angeschaltet werden.
Erst vor kurzem hat man herausgefunden, wie man diese epigenetischen Stopp-Signale wieder entfernen kann. Der somatische Kerntransfer, aus dem das Klonschaf Dolly hervorging, kann aus normalen Gewebezellen totipotente Stammzellen machen. Auf eine andere Weise entstehen die induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen): Vier Gen-Faktoren programmieren Gewebezellen wieder so um, dass sie alle Eigenschaften von Stammzellen wieder erlangen.
Egal, ob es sich nun um natürlich vorkommende oder künstlich erzeugte Zellen handelt: Nur Stammzellen sind noch nicht auf eine konkrete Funktion festgelegt. Darauf beruhen die großen Hoffnungen der Medizin.
1 L.I. Zon, Intrinsic and extrinsic control of haematopoietic stem-cell self-renewal, Nature 2008, vol. 453, pp. 306-313 (link)
2 Neumüller und Knoblich, Dividing cellular asymmetry: asymmetric cell division and its implications..., Genes & Development 2009, vol. 23 pp. 2675-2699 (link)
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