Transdifferenzierung

von Kirstin Meier (Laborjournal-Ausgabe 10, 2001)

In der Geschichte der Naturwissenschaften fielen schon etliche Dogmen und die Weltbilder veränderten sich. Selten aber vollzog sich der Wandel in solch rasanter Geschwindigkeit wie derzeit in den Biowissenschaften. Kaum ist die Debatte über die Rechtmäßigkeit von Experimenten an menschlichen Embryonen voll entflammt, könnte sich die Diskussion um die Forschung an embryonalen Stammzellen bereits als überholt erweisen. Denn in verschiedenen Untersuchungen stellten Entwicklungsbiologen fest: Auch adulte - und daher ethisch unbedenkliche Stammzellen - sind in der Lage sich zu transdifferenzieren, können sich also in andere Gewebetypen umwandeln. Die Definitionen von embryonalen -und adulten Stammzellen sind ins Wanken geraten.

Unbeschränkte Entwicklungsmöglichkeiten wurden bislang nur den embryonalen Stammzellen zugesprochen. Bis zum Acht-Zell-Stadium gelten diese zellulären Alleskönner als totipotent - jede dieser Zellen ist in der Lage einen vollständigen Organismus zu bilden. Die Zellen im Inneren der nachfolgend entstehenden Blastozyste können sich immerhin noch in jeden der über 200 bekannten Zelltypen entwickeln, sind also eine vielversprechende Quelle für Ersatzgewebe.

Im Verlauf der weiteren Ontogenese werden die Zellen für ihre zukünftigen Aufgaben programmiert. Die Zelle wird dabei auf ein bestimmtes Entwicklungsziel festlegt und differenziert sich. Adulten Stammzellen aus dem Körper eines Erwachsenen trauten Forscher bisher nur wenige Entwicklungsmöglichkeiten zu.


Mehr als gedacht...

Um so erstaunlicher lesen sich die neuesten Ergebnisse: Beim Erwachsenen finden sich adulte Stammzellen in weit mehr Geweben als bisher angenommen und sie sind enorm wandlungsfähig. Nicht nur in Knochenmark, Haut und Darm, sondern auch in der Leber, in Muskeln, Gehirn und sogar im Fett spürten Wissenschaftler diese Zellen auf Vermutlich sind Stammzellen auch in vielen anderen Organen vorhanden. Doch sind sie nicht auf das jeweilige Gewebe festgelegt. Sie verwandeln sich chamäleonartig in vielfältige Zelltypen.

So ist es die Aufgabe der hämatopoetischen Stammzellen die rund ein Dutzend verschiedenen Zellarten des Blutes zu erneuern. Damit ist ihr Potential aber noch nicht erschöpft. Aus ihnen können auch Leber- oder Nierenzellen entstehen. Dass sich Stammzellen transdifferenzieren können, offenbarte sich im Tierversuch. An der New York University Medical School isolierten Neil Theise und seine Mitarbeiter Stammzellen aus dem Knochenmark männlicher Mäuse und implantierten sie Mäuseweibchen, deren Knochenmark durch Bestrahlung zerstört war. Die Forscher konnten danach die Spenderzellen der überlebenden Versuchstiere anhand der Geschlechtschromosomen identifizieren.


... und sehr flexibel

Die Stammzellen hatten sich nicht nur - wie erwartet - in Knochenmark und Blut angesiedelt, sondern differenzierten sich auch in Leber, Haut und Magen des Weibchens zu den jeweiligen Gewebszellen. Weitere Studien folgten. Und sie bestätigten die ungeahnte Flexibilität der adulten Stammzellen: Knochenmarksstammzellen differenzieren zu Herz-, Gehirn- oder Leberzellen, Hautstammzellen zu Gehirnzellen und so fort.

Auch Nervenstammzellen sind offenbar wahre Verwandlungskünstler. Entgegen früherer Annahmen können sich Nervenzellen im erwachsenen Gehirn nicht nur nachbilden, sondern darüber hinaus auch noch in andere Zelltypen umwandeln. Spritzten Wissenschaftler neuronale Stammzellen in die Muskulatur einer Maus, ließen sich Muskelfasern nachweisen, die das genetische Merkmal der injizierten Stammzellen trugen. Doch damit nicht genug. Selbst differenzierte Zellen entkamen ihrer festgelegten Bestimmung, erlangten wieder den Zustand einer Stammzelle und entwickelten sich in ganz neue Richtungen.

Angesichts dieser Ergebnisse schlagen Helen Blau und andere Wissenschaftler der Stanford University Medical School vor, die alten Konzepte der Stammzellentwicklung zu überdenken und plädieren für ein variableres Modell. (Cell Vol. 105, S.829-841).


Neue Definition tut not

Die neusten Untersuchungen widersprechen der bisherigen Annahme, dass sich eine Stammzelle, sobald sie determiniert ist, unwiderruflich in eine vorgegebene Richtung entwickelt. Die Forscherin spricht statt dessen von einer graduellen Spezialisierung, in deren Verlauf es zwar immer unwahrscheinlicher wird, dass eine Stammzelle das gesamte Wandlungspotenzial zurückerlangt, doch bleibe es zumindest möglich.

Nach ihrer Ansicht, könnte die enorme Dynamik der Stammzellen darauf hinweisen, dass diese keine Zellpopulationen darstellen und daher über ihre biologische Funktion definiert werden sollten. So sei es denkbar, dass Stammzellen mit dem Blut im Körper zirkulieren und bei einer Organschädigung zusammen mit Stammzellen aus anderen Geweben zur Verletzungsstelle eilen, um sich am Heilungsprozess zu beteiligen. Welche Signalstoffe die Wanderung und Umwandlung der adulten Stammzellen steuern ist noch unbekannt. In ihrer Flexibilität stehen die adulten Stammzellen den pluripotenten embryonalen Stammzellen offenbar in nichts nach.

Sollte sich bestätigen, dass alle Zelltypen aus adulten Stammzellen zu gewinnen sind, wäre die Debatte um embryonale Stammzellen deutlich entschärft. Noch gilt es jedoch abzuwarten, ob sich diese sensationell klingenden Ergebnisse der Stammzell-Forschung, in der Medizin anwenden lassen.

Letzte Änderungen: 20.10.2004