Stammzelllinie

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Eine Stammzelllinie ist ein Zelltyp von Stammzellen.

Eigenschaften

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Stammzelllinien zeichnen sich im Vergleich zu differenzierten Zellen durch zwei Eigenschaften aus: sie sind unbegrenzt erneuerbar und sie sind Vorläuferzellen, die sich in verschiedene Zelltypen differenzieren können. Im Gegensatz zu normalen Zelllinien beruht die unbegrenzte Teilungsfähigkeit nicht auf einer Mutation des Genoms, wie sie durch eine Immortalisierung in Zellkultur oder in Tumoren entsteht.[1] Bei den induzierten pluripotenten Stammzellen beruhen ihre Eigenschaften auf äußeren Einflüssen. Im Gegensatz zu differenzierten Zellen (Primärzellen) besitzen Stammzelllinien die Pluripotenz und keine Hayflick-Grenze bei der Zellteilung.

Typen

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Es gibt embryonale, adulte Stammzellen und induzierte pluripotente Stammzelllinien.

Embryonale Stammzelllinien

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Embryonale Stammzellen werden aus der Blastozyste eines Embryos etwa vier bis fünf Tage nach der Befruchtung isoliert, vom Trophoektoderm getrennt und auf Fütterzellen in Zellkultur kultiviert.[2] Eine Kultur von murinen embryonalen Stammzellen ohne Fütterzellen oder Serumbestandteile kann durch Zugabe von LIF und BMP erreicht werden.[3] Sie sind pluripotent und exprimieren die Zelltypmarker Nanog, Oct-4, Sox-2, Rex-1, Dnmt3b, Lin-28, Tdgf1, FoxD3, Tert, Utf-1, Gal, Cx43, Gdf3, Gtcm1, Terf1, Terf2, Lefty A und Lefty B.[4]

Adulte Stammzelllinien

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Adulte Stammzellen kommen in geringer Anzahl in Geweben von Erwachsenen vor, dienen der Regeneration bzw. der Erhaltung der Zellkonstanz und sind eingeschränkt pluripotent, z. B. hämatopoetische Stammzellen (an der Blutbildung beteiligt) oder mesenchymale Stammzellen (im Nabelschnurblut, in amniotischer Flüssigkeit, im Knochenmark, in der Synovialmembran, in der Synovialflüssigkeit, im peripheren Blutkreislauf, in der Haut, im Trabekularknochen, in Muskeln und im Fettgewebe)[4]. Hämatopoetische Stammzellen exprimieren CD34, CD133 und CD90, nicht aber CD38.[4] Mesenchymale Stammzellen können zu Osteoblasten, Chondrozyten und Adipozyten differenzieren. Sie exprimieren, je nach Veröffentlichung, die Zelltypmarker CD105, CD73 und CD90, während CD45, CD34, CD14 oder CD11b, CD79α oder CD19, und HLA-DR nicht exprimiert werden[5] bzw. CD13, CD29, CD44, CD49e, CD54, CD71, CD73, CD90, CD105, CD106, CD166 und HLA-ABC und nicht CD14, CD31, CD34, CD45, CD62E, CD62L, CD62P und HLA-DR.[4] Adulte hämatopoetische Stammzellen können zur Knochenmarktransplantation verwendet werden. Sie sind vergleichsweise schwierig zu kultivieren.[6][7]

Induzierte pluripotente Stammzelllinien

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Induzierte pluripotente Stammzellen sind pluripotent.

Ethische Aspekte

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Die Gewinnung embryonaler Stammzellen unterliegt verschiedenen ethischen Aspekten.[8] Sie ist beim Menschen unter anderem in Deutschland verboten, da ein Embryo dabei zerstört wird.

In den USA ist die Verwendung von humanen embryonalen Stammzelllinien erlaubt, nach Executive Order 13505 darf kein staatliches Forschungsgeld zur Erzeugung neuer embryonaler Stammzellinien verwendet werden.[9][10] Das NIH führt eine Online-Datenbank von humanen embryonalen Stammzelllinien.[11] Im September 2016 waren 369 embryonale Stammzelllinien registriert. Nicht alle Stammzelllinien werden häufig verwendet.[12] Im Jahr 2011 verwendeten unter den hESC-verwendenden Laboren 54 % der antwortenden Labore bis zu zwei humane embryonale Stammzelllinien.[12]

Verwendung

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Stammzelllinien, aus ethischen und praktischen Gründen insbesondere induzierte pluripotente Stammzellen, werden unter anderem in der regenerativen Medizin zur Stammzelltherapie per adoptivem Transfer[13][14] und zum Tissue Engineering eingesetzt[15] oder zur Erforschung der Entwicklung von Geweben bei Gendefekten eingesetzt.[16]

Geschichte

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Die erste Zellkultur von murinen embryonalen Stammzellen basierte auf Fütterzellen und wurde 1981 publiziert.[17] Die erste Zellkultur von murinen Stammzelllinien ohne Fütterzellen oder Serumbestandteile wurde 2003 veröffentlicht.[3] Fortschritte in der Zellkultur von humanen Blastozysten nach einer In-vitro-Fertilisation[18] ermöglichten die Erzeugung der ersten humanen embryonalen Stammzelllinien von James A. Thomson im Jahr 1998, bei der Fütterzellen und Serumbestandteile verwendet wurden.[2] Die Zellkultur humaner embryonaler Stammzellen ohne Serumbestandteile wurde durch eine Zugabe von FGF-2 erreicht und 2005 veröffentlicht.[19]

Literatur

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Einzelnachweise

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  1. ↑ M. I. Maqsood, M. M. Matin, A. R. Bahrami, M. M. Ghasroldasht: Immortality of cell lines: challenges and advantages of establishment. In: Cell biology international. Band 37, Nummer 10, Oktober 2013, S. 1038–1045, doi:10.1002/cbin.10137, PMID 23723166.
  2. ↑ a b J. A. Thomson, J. Itskovitz-Eldor, S. S. Shapiro, M. A. Waknitz, J. J. Swiergiel, V. S. Marshall, J. M. Jones: Embryonic stem cell lines derived from human blastocysts. (Memento des Originals vom 16. November 2016 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.signallake.com In: Science. Band 282, Nummer 5391, November 1998, S. 1145–1147, PMID 9804556.
  3. ↑ a b Q. L. Ying, J. Nichols, I. Chambers, A. Smith: BMP induction of Id proteins suppresses differentiation and sustains embryonic stem cell self-renewal in collaboration with STAT3. In: Cell. Band 115, Nummer 3, Oktober 2003, S. 281–292, PMID 14636556.
  4. ↑ a b c d R. Calloni, E. A. Cordero, J. A. Henriques, D. Bonatto: Reviewing and updating the major molecular markers for stem cells. In: Stem cells and development. Band 22, Nummer 9, Mai 2013, S. 1455–1476, doi:10.1089/scd.2012.0637, PMID 23336433, PMC 3629778 (freier Volltext).
  5. ↑ L. A. Vonk, T. S. de Windt, I. C. Slaper-Cortenbach, D. B. Saris: Autologous, allogeneic, induced pluripotent stem cell or a combination stem cell therapy? Where are we headed in cartilage repair and why: a concise review. In: Stem cell research & therapy. Band 6, 2015, S. 94, doi:10.1186/s13287-015-0086-1, PMID 25976213, PMC 4430904 (freier Volltext).
  6. ↑ J. S. Choi, B. A. Harley: Challenges and Opportunities to Harnessing the (Hematopoietic) Stem Cell Niche. In: Current stem cell reports. Band 2, Nummer 1, März 2016, S. 85–94, doi:10.1007/s40778-016-0031-y, PMID 27134819, PMC 4845958 (freier Volltext).
  7. ↑ M. A. Walasek, R. van Os, G. de Haan: Hematopoietic stem cell expansion: challenges and opportunities. In: Annals of the New York Academy of Sciences. Band 1266, August 2012, S. 138–150, doi:10.1111/j.1749-6632.2012.06549.x, PMID 22901265.
  8. ↑ R. P. George, A. Gómez-Lobo: The moral status of the human embryo. In: Perspectives in biology and medicine. Band 48, Nummer 2, 2005, S. 201–210, doi:10.1353/pbm.2005.0052, PMID 15834193.
  9. ↑ Executive Order: Removing barriers to responsible scientific research involving human stem cells. The White House;
  10. ↑ National Institutes of Health Guidelines on Human Stem Cell Research. Abgerufen am 24. April 2014.
  11. ↑ NIH Human Embryonic Stem Cell Registry. Abgerufen am 24. April 2014.
  12. ↑ a b Aaron D Levine: Access to human embryonic stem cell lines. In: Nature Biotechnology. 29. Jahrgang, Nr. 12, Dezember 2011, S. 1079–1081, doi:10.1038/nbt.2029.
  13. ↑ G. Pennarossa, A. Zenobi, C. E. Gandolfi, E. F. Manzoni, F. Gandolfi, T. A. Brevini: Erase and Rewind: Epigenetic Conversion of Cell Fate. In: Stem cell reviews. Band 12, Nummer 2, April 2016, S. 163–170, doi:10.1007/s12015-015-9637-1, PMID 26589198.
  14. ↑ H. D. Zomer, A. S. Vidane, N. N. Gonçalves, C. E. Ambrósio: Mesenchymal and induced pluripotent stem cells: general insights and clinical perspectives. In: Stem cells and cloning : advances and applications. Band 8, 2015, S. 125–134, doi:10.2147/SCCAA.S88036, PMID 26451119, PMC 4592031 (freier Volltext).
  15. ↑ D. Kitsberg: Human embryonic stem cells for tissue engineering. In: Methods in molecular medicine. Band 140, 2007, S. 33–65, PMID 18085202.
  16. ↑ I. H. Park, N. Arora, H. Huo, N. Maherali, T. Ahfeldt, A. Shimamura, M. W. Lensch, C. Cowan, K. Hochedlinger, G. Q. Daley: Disease-specific induced pluripotent stem cells. In: Cell. Band 134, Nummer 5, September 2008, S. 877–886, doi:10.1016/j.cell.2008.07.041, PMID 18691744, PMC 2633781 (freier Volltext).
  17. ↑ M. J. Evans, M. H. Kaufman: Establishment in culture of pluripotential cells from mouse embryos. In: Nature. Band 292, Nummer 5819, Juli 1981, S. 154–156, PMID 7242681.
  18. ↑ D. K. Gardner, P. Vella, M. Lane, L. Wagley, T. Schlenker, W. B. Schoolcraft: Culture and transfer of human blastocysts increases implantation rates and reduces the need for multiple embryo transfers. In: Fertility and sterility. Band 69, Nummer 1, Januar 1998, S. 84–88, PMID 9457939.
  19. ↑ C. Xu, E. Rosler, J. Jiang, J. S. Lebkowski, J. D. Gold, C. O’Sullivan, K. Delavan-Boorsma, M. Mok, A. Bronstein, M. K. Carpenter: Basic fibroblast growth factor supports undifferentiated human embryonic stem cell growth without conditioned medium. In: Stem cells (Dayton, Ohio). Band 23, Nummer 3, März 2005, S. 315–323, doi:10.1634/stemcells.2004-0211, PMID 15749926.
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