Mesenchymale Stammzellen

Mesenchymale Stammzellen

Mesenchymale Stammzellen sind eine Population multipotenter Zellen, die sich in unterschiedliche reife Zelltypen, unter anderem in Fett-, Kosten-, Knorpel-. Muskel- und Nervenzellen ausdifferenzieren Können. Diese Zellen besitzen besondere immunmodulatorische
Fähigkeiten, also solche, durch die sie einen positiven Einfluss auf Immunität, Reparationsvorgänge und andere ausgewählte Immunvorgänge im menschlichen Organismus, während der Abstoßreaktion gegen ein Transplantat haben. Zusätzlich wurden bei ihnen Anti-Aging-und den Angiogenese-Prozess fördernde Eigenschaften, d.h. die Bildung von Kapillaren (Blutgefäßen), von Bedeutung zum Beispiel bei der Wundheilung, nachgewiesen.

  1. Wo treten im menschlichen Organismus mesenchymale Stammzellen auf?

    Im menschlichem Organismus können die Quellen mesenchymaler Zellen in von reifen, voll ausgebildeten Geweben des erwachsenen Menschen  stammende und in mit der Geburt verbundenen Geweben befindliche Zellquellen unterteilt werden. Erstere befinden sich unter anderem im Knochenmark, Fettgewebe und peripheren Blut. In viel kleinerer Anzahl kommen sie auch im Zahnmark, in den Lungen und im Augapfel vor. Mesenchymale Zellen, die von Plazentageweben stammen, können unter anderem aus Plazentateilen, aus Chorion, Amnion, Fruchtwasser, ja sogar aus Nabelschnurblut gewonnen werden. Hochwertige mesenchymale Stammzellen können aus der Wharton-Sulze einer menschlichen Nabelschnur entnommen werden. Neueste Untersuchungen ergeben eindeutig, dass heute eben die Wharton-Sulze (Bestandteil der menschlicher Nabelschnur) die beste zugängliche Quelle mesenchymaler Stammzellen ist, weil aus diesem Gewebe isolierte Zellen.

  2. Eigenschaften menschlicher mesenchymaler Stammzellen

    Mesenchymale Stammzellen menschlicher Herkunft besitzen eine Vielzahl besonderer Eigenschaften, wodurch sie von Wissenschaftlern und Ärzten beinahe weltweit als therapeutisches Versuchsmaterial verwendet werden. Diese Zellen haben wissenschaftlich nachgewiesene Eigenschaften:

    • Selbsterneuerung (Proliferation) – die Fähigkeit, eine unbegrenzte Anzahl von Zellteilungen innerhalb einer Stammzellenpopulation zu führen. Das bedeutet, dass Zellen mit dieser Fähigkeit ihren Stammcharakter nie verlieren und stets Ausgangsmaterial für folgende Zellgenerationen während jeder, zyklischen Zellteilung sein werden.
    • Differenzierung – die es ermöglicht, sich in andere, oft vollkommen funktionale Zellstrukturen auszudifferenzieren. Mesenchymale Stammzellen können sich unter anderem in Knochen-, Knorpel-, Fett-, Skelettmuskel-, Herzmuskel- und Nervenzellen ausdifferenzieren.
    • immunsupressive/immunmodulatorische Eigenschaften – die auf der Modifizierung der Immunantwort , aktiviert durch den Organismus, zum Beispiel als Reaktion auf die Einsetzung eines fremden Organs durch Transplantation beruhen. Mesenchymale Stammzellen hemmen oder verändern die Funktion an der Antwortreaktion auf die durchgeführte Transplantation beteiligter Immunzellen, wobei sie die Abstoßungsreaktion des Transplantats verhindern.
    • Anti-Aging- (antiapoptotische) Eigenschaften – mesenchymale Zellen sind fähig, gesunde Zellen, die durch schädliche Wirkung von Bestrahlung, Sauerstoffmangel, chemischen Verbindungen oder mechanisch beschädigt werden, vor dem Tod zu „retten“.
    • angiogenische (neovaskuläre) Eigenschaften – die die Sekretion von chemischen Verbindungen, die die Bildung neuer  Blutgefäße fördern, ermöglichen. Dies ist bei der Wundheilung und beim Wiederaufbau zerstörter Gewerbe von besonderer Bedeutung.
    • antimikrobiologische (antibakterielle, antiparasitäre) Eigenschaften – die gleiche oder sehr ähnliche Verbindungen wie Zellen des Immunsystems während der Behandlung von im Organismus vorhandenen Pathogenen absondern. Mesenchymale Stammzellen scheiden Verbindungen aus, die die Immunreaktion  gegen Bakterien oder Parasiten fördern.
    • antiphlogistische Eigenschaften – die Endzündungsvorgänge durch Absonderung entsprechender entzündungshemmender Faktoren hemmen. Mesenchymale Stammzellen blockieren auf diese Weise die Aktivität von Zellen des Immunsystems, wodurch eine weitere Entwicklung der Entzündung verlangsamt wird.
    • Reparationseigenschaften  – die die Migration und Lokalisation von Schäden und dann die Förderung der Aktivierung von Reparationsvorgängen sowie die Erhöhung ihrer  Leistungsfähigkeit ermöglichen.
  3. Therapiehinweise

    Mesenchymale Stammzellen werden aktuell im Hinblick auf die Anwendung in der regenerativen Medizin intensiv erforscht. Seit mehr als zehn Jahren bestätigt sich die Wirksamkeit und Sicherheit der Anwendung von aus Knochenmark isolierten mesenchymalen Stammzellen z. B. bei der Behandlung von schweren Formen der Leukämie, Komplikationen bei der Transplantation von blutbildenden Zellen und bei anderen Krankheiten, darunter bei der Behandlung von Wunden, Verbrennungen, Gelenkschäden oder allgemein in der ästhetischen Medizin. Eine der möglichen Anwendungen von mesenchymalen Stammzellen aus der Wharton-Sulze ist auch die Unterstützung der ALS-Behandlung.

    Stammzellen können aus eigenen Geweben (Knochenmark, Fett) isoliert oder vom Spender entnommen werden. Für die am Institut für Zelltherapie (ITK) durchgeführte Therapie werden Zellen aus der sog. Wharton-Sulze gewonnen. Es handelt sich hierbei um die Interzellularsubstanz des gallertigen Bindegewebes der Nabelschnur, eines an mesenchymalen Stammzellen (sog. WJ-MSC) sehr reichen Gewebes, das die Nabelschnurgefäße umgibt.     
    Diese Zellen besitzen die Differenzierungsfähigkeit in viele spezialisierte Zelltypen. Die WJ-MSC haben eine ähnliche Charakteristik und Eigenschaften wie mesenchymale Stammzellen aus anderen Quellen mit einem gewissen Vorteil. Die aus der Wharton-Sulze isolierten Zellen weisen eine kürzere Teilungszeit auf und proliferieren eine längere Zeit in der Zucht als BMSC (Knochenmark-Stammzellen). Im Gegensatz zu mesenchymalen Zellen aus Knochenmark oder Fett fällt die Isolierung von WJ-MSC aus der Nabelschnur – bisher standardmäßig nach der Geburt entsorgt - viel leichter. Die Entnahme dieser Zellen ist keine Schmerzquelle, verursacht keine Konflikte ethischer Natur, und sie haben im Gegensatz zu embryonalen Stammzellen (ESC) keine tumorigenen Eigenschaften.

    Wie aus anderen Geweben isolierte mesenchmale Zellen differenzieren die WJ-MSC in Osteoblasten, Adipozyten, Chondrozyten, Endothelzellen, Skelettmuskeln und Kardiomyoziten in der In-Vitro-Zucht. Darüber hinaus verwandeln sich die WJ-MSC in Zellen des Nervengewebes: dopaminergische Neuronen, cholinergische Neuronen, Schwann-Zellen, die die Myelinscheide produzieren, und Oligodendrozyten. In der präklinischen Forschung an einem Rattenmodell für den Schlaganfall differenzieren die in den Rattenhirn implantierten WJ-MSC in vivo in Endothelzellen und Neuronen. Die Implantation von WJ-MSC-Zellen kann daher potenziell zum Wiederaufbau von Geweben des Nervensystems durch direkte Verwandlung von Stammzellen in spezialisierte Zellen beitragen, wobei sie das Ersetzen von durch die Krankheit beschädigten Neuronen und Oligodendrozyten erlaubt. Die WJ-MSC besitzen auch die Produktionsfähigkeit von in den extrazellulären Raum abgegebenen Proteinen, die die Geweberegeneration stimulieren. Die WJ-MS produzieren unter anderem angiogene Faktoren wie CXCL2, CXCL5 und FGF9 sowie neutrotrophische Faktoren NTF3, EGF und MDK. Die Expression der genannten neurotrophischen Faktoren ist höher in den WJ-MSC gegenüber den BMSC. Die In-Vitro-Untersuchungen zeigten, dass die von den WJ-MSC produzierten parakrinen Faktoren zur Erhöhung der Überlebens- und Teilungsfähigkeit von primären kortikalen und zerebralen Neuronen beitragen.

    Ein weiteres Merkmal der WJ-MSC, von Bedeutung für die klinische Anwendung, sind ihre immunomodulativen Eigenschaften, die auf der Hemmung der Aktivierung des Immunsystems beruhen. Die Laboruntersuchungen ergaben, dass die WJ-MSC die Proliferation von stimulierten Splenozyten und T-Lymphozyten hemmen und die Proliferation von T-Lymphozyten selbst nicht stimulieren. Darüber hinaus weisen die WJ-MSC eine niedrige Expression von co-stimulierenden Rezeptoren für T-Lymphozyten - CD40, CD80 und CD86 und eine hohe Expression von Proteinen, die immunosuppresive Eigenschaften - HLA-G, IL-6 und VEGF besitzen. In anderen Arbeiten wurde die Inhibition der Differenzierung von Monozyten in dendritische Zellen und die Inhibition der Produktion von entzündlichen Faktoren TNF-a und IFN-y durch stimulierte T-Lymphozyten nachgewiesen.

    Die weit verbreitete wirksame Anwendung mesenchmaler Stammzellen in der Hämatologie, Onkologie und Zelltransplantologie wurde inzwischen beschrieben, u.a. in:

    • der Prophylaxe einer Graft-versus-Host-Reaktion (GvHD)
    • der Behandlung einer akuten Graft-versus-Host-Reaktion (aGvHD)
    • der Behandlung einer chronischen Graf-versus-Host-Reaktion (cGvHD)
    • dem Wiederaufbau autologer blutbildender Organe
    • dem Wiederaufbau der blutbildenden Organe des Empfängers mittels allogener blutbildender Stammzellen
    • der Behandlung von Toxizität als Folge von Chemotherapie und Bestrahlung.