Stammzellarten und ihre Aufgaben

Klassifizierung nach dem Potenzial der Differenzierung

Vom Alleskönner zum Spezialisten

Neben ihrer Fähigkeit zur Regeneration besitzen Stammzellen eine enorme Fähigkeit, sich zu differenzieren. Auf dieser Grundlage lässt sich ebenfalls eine Kategorisierung vornehmen. So lassen sich Stammzellen grob in Generalisten und Spezialisten unterteilen. Je früher die Entwicklung einer Stammzelle einsetzt, desto größer ist ihr Differenzierungspotenzial.

Omnipotente/Totipotente Stammzellen

Bei omnipotenten beziehungsweise totipotenten Stammzellen steckt die besondere Fähigkeit schon im Namen. Aus diesen Stammzellen kann ein kompletter Organismus entstehen. Nur ganz am Anfang der embryonalen Entwicklung sind Stammzellen omnipotent (Alleskönner). Nach der Befruchtung der Eizelle dauert es drei bis fünf Tage bis zum Blastozysten-Stadium. In diesem Zeitraum sind alle Zellen in der Lage, alle Organe sowie das Gewebe des Organismus und das extraembryonale Gewebe wie Plazenta, Chorion und Amnion und auszubilden. Dieses ist für die Versorgung des ungeborenen Lebens im Mutterleib essentiell. Mit dem Blastozysten-Stadium kommt es zu einer ersten Differenzierung: Aus den inneren Zellschichten entsteht der Embryo (Embryoblast), die äußeren Zellschichten bilden Fruchtblase, Nabelschnur und Plazenta (Trophoblast). Damit verlieren die embryonalen Stammzellen ihre Totipotenz. Sie sind ab diesem Moment nur noch pluripotent.

Pluripotente Stammzellen

Aus embryonalen Stammzellen im Blastozysten-Stadium kann sich jedes menschliche Gewebe entwickeln, jedoch kein vollständiger Mensch, also kein neuer Organismus mehr. Daher werden diese Stammzellen als pluripotent (Verschiedeneskönner) bezeichnet. Sie sind in der Lage, sich in alle Zelltypen auszudifferenzieren und liegen eine Hierarchieebene unter den omnipotenten Stammzellen.

Multipotente Stammzellen

Nach der Ausdifferenzierung pluripotenter Stammzellen zu einem bestimmten Gewebetyp erfolgt eine weitere Entwicklung der Zellen innerhalb dieses Gewebetyps. Diese Aufgabe übernehmen multipotente Stammzellen (Vieleskönner). So entwickeln sich beispielsweise aus den Blutstammzellen die unterschiedlichen Blutkörperchen und die Blutplättchen. Multipotente Stammzellen sind weder Generalisten noch Spezialisten, sondern befinden sich in der Hierarchie genau dazwischen. Die Vieleskönner differenzieren sich in der postembryonalen Phase (adultes Stadium) der Menschentwicklung heraus. Sie sind Meister der Regeneration und ersetzen in verschiedenen Geweben abgestorbene Zellen, etwa nach Verletzungen.

Oligopotente Stammzellen

Oligopotente Stammzellen (Wenigkönner) weisen innerhalb ihres Gewebetyps nur noch wenige Differenzierungsmöglichkeiten auf. Sie befinden sich an der Schwelle vom Generalisten zum Spezialisten. Obwohl sie für die Forschung nicht ganz so interessant sind wie die Stammzellen der höheren Hierarchieebenen, erfüllen sie im Zusammenspiel mit den anderen Zellen wichtige Funktionen, beispielsweise bei der Blutbildung.

Unipotente Stammzellen

Zu den wahren Spezialisten zählen unipotente Stammzellen (Eineskönner). Sie besitzen das geringste Differenzierungspotenzial, denn sie können sich nur noch zu einem einzigen Zelltyp entwickeln. Unipotente Stammzellen haben, wie andere Stammzellentypen auch, die Fähigkeit, zu reparieren und Regenerationsprozesse anzustoßen. In größeren Mengen im Labor kultiviert, spielen sie eine wichtige Rolle bei der Stammzellentherapie.

Klassifizierung nach dem ontogenetischen Alter

Je jünger, desto besser

Jeder Mensch besitzt Stammzellen – vom Zeitpunkt seiner Entstehung im Mutterleib bis zu seinem Tod. Da das Potenzial der Stammzellen mit zunehmendem Alter abnimmt, also nicht gleichbleibend ist, wird hier noch einmal eine Klassifizierung nach ihrem ontogenetischen Alter vorgenommen. Unter Ontogenese versteht man in der Biologie die Entwicklung des Organismus – von der befruchteten Eizelle bis zum geschlechtsreifen Individuum, also dem Erwachsenen. Darauf basierend erfolgt eine Unterteilung in embryonale, fötale und adulte Stammzellen.

Embryonale Stammzellen existieren nur für eine kurze Zeit. Die adulten Stammzellen teilen sich ein Leben lang.

Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen sind die „Mütter aller Zellen“. Sie gelten als so genannte Alleskönner, sind zu Beginn omnipotent und können sich in jeden Zelltyp, also zu einem völlig neuen Organismus entwickeln. Sie existieren jedoch nur in einem Zeitraum von wenigen Tagen – zwischen der Befruchtung der Eizelle (Zygote) und der Entwicklung der Blastozyste im Mutterleib. Danach startet die erste Stufe der Differenzierung und die pluripotenten Stammzellen übernehmen das Kommando. Um embryonale Stammzellen medizinisch nutzen zu können, müsste man Embryonen künstlich züchten und wieder zerstören. Das ist ethisch höchst umstritten. Daher ist ihre Herstellung in Deutschland verboten und die Erforschung nur unter strengsten Auflagen erlaubt.

Fötale Stammzellen

Der Übergang vom Embryo zum Fötus verläuft fließend. Gemeinhin spricht man ab der achten Schwangerschaftswoche vom Fötus. Jedoch bilden sich fötale (oder fetale) Stammzellen bereits nach circa einer Woche im Mutterleib – wenn die Blastozyste ausgebildet ist und das Differenzierungspotenzial schrumpft. Fötale Stammzellen sind überwiegend multipotent, also schon auf einen bestimmten Gewebetyp festgelegt. Ihre medizinische Nutzung ist weniger umstritten als die der embryonalen Stammzellen. Sie können für wissenschaftliche Zwecke beispielsweise nach Fehlgeburten oder Abtreibungen gespendet werden.

Adulte Stammzellen

Anders als embryonale Stammzellen sind adulte (erwachsene) Stammzellen nicht mehr in der Lage, sich in alle Zelltypen eines Organismus zu differenzieren. Bei ihnen ist die Zellentwicklung schon so weit fortgeschritten, dass sie eine hohe Spezialisierung aufweisen. Jedes Gewebe im Körper hat seinen eigenen Stammzelltyp. Adulte Stammzellen sind jedoch immer noch multipotent und übernehmen im Körper vor allem Reparaturaufgaben. Sie lassen sich während der gesamten Lebenszeit in einem Organismus nachweisen, beispielsweise in den Organen und im Knochenmark. Nach der Geburt spielen sie auch eine wichtige Rolle bei der Gewinnung und Sicherung von Nabelschnurblut. Adulte Stammzellen gelten als „Reservisten“ des Körpers, denn sie können zugrunde gegangene Zellen ersetzen, beispielsweise Haut- oder Blutzellen.

Neonatale Stammzellen

Eine besondere Form der adulten Stammzellen stellen neonatale Stammzellen dar. Sie können direkt nach der Geburt aus dem Nabelschnurblut und Nabelschnurgewebe gewonnen werden. Neonatale Stammzellen sind besonders vital und multipotent, können sich also in verschiedene Gewebe ausdifferenzieren. Überdies sind sie unbelastet, da ihnen Mutationen, Krankheiten und Umwelteinflüsse noch nichts anhaben konnten.

Das Nabelschnurblut enthält besonders viele hämatopoetische Stammzellen – also Stammzellen, die für die Blutbildung verantwortlich sind. Im Nabelschnurgewebe überwiegen hingegen die mesenchymalen Stammzellen. Diese spielen eine wichtige Rolle beim Aufbau des Bindegewebes. Die in der Nabelschnur enthaltenen neonatalen Stammzellen sind medizinisch gesehen ein kostbarer Schatz, denn sie werden heute bereits in der Stammzelltherapie erfolgreich eingesetzt.