mini|250px|Menschliche embryonale Stammzellen. A: undifferenzierte Kolonien. B: Neuron-Tochterzelle
Als Stammzellen werden allgemein Körperzellen bezeichnet, die sich in verschiedene Zelltypen oder Gewebe ausdifferenzieren können. Je nach Art der Stammzelle und ihrer Beeinflussung haben sie das Potenzial, sich in jegliches Gewebe (embryonale Stammzellen) oder in bestimmte festgelegte Gewebetypen (adulte Stammzellen) zu entwickeln.
Stammzellen sind in der Lage, Tochterzellen zu generieren, die selbst wiederum Stammzelleigenschaften besitzen, aber auch solche mit größerer Ausdifferenzierung.Sean J. Morrison, Nirao M. Shah, David J. Anderson: Review: Regulatory mechanisms in stem cell biology. In: Cell. Band 88, Nr. 3, 1997, S. 287–298, doi:10.1016/S0092-8674(00)81867-X. PMID 9039255. (Volltext; PDF; 260 kB) (PDF) Hierzu befähigt sie ein noch nicht vollständig geklärter Mechanismus asymmetrischer Zellteilung. Über das jeweilige Schicksal der Zellen entscheidet dabei vor allem das biologische Milieu, in dem sie sich befinden.
Stammzellen werden vor allem durch ihr ontogenetisches Alter und ihr Differenzierungspotenzial unterschieden: die ontogenetisch frühesten Stammzellen sind die pluripotenten embryonalen Stammzellen, aus denen später die primitiven Keimstammzellen sowie die somatischen Stamm- und Progenitorzellen (oder Vorläuferzellen) hervorgehen. Phylogenetisch gehen die Stammzellen auf den letzten gemeinsamen eukaryotischen Vorfahren (LECA) zurück.Eugene V. Koonin: The origin and early evolution of eukaryotes in the light of phylogenomics. In: Genome Biology. 2010. 11:209. doi:10.1186/gb-2010-11-5-209
Auch Pflanzen besitzen Stammzellen. Diese befinden sich an der Spitze des Sprosses im sogenannten Apikalmeristem sowie an den Wurzelspitzen im Wurzelmeristem. Im Gegensatz zu fast allen tierischen und menschlichen Zellen besitzen bei Pflanzen praktisch alle Zellen die Fähigkeit, einen kompletten Organismus zu regenerieren.
Embryonale Stammzellen Embryonale Stammzellen (ES-Zellen) sind in vivo und in vitro in der Lage, sich in Zellen aller drei Keimblätter (Entoderm, Ektoderm und Mesoderm) sowie in Zellen der Keimbahn auszudifferenzieren. Sie werden daher als pluripotent bezeichnet. ES-Zellen werden für experimentelle Zwecke – nach Befruchtung der Eizelle im Embryo-Entwicklungsstadium der Blastozyste – aus der inneren Zellmasse (ICM; auch Embryoblast genannt) gewonnen.Beddington, Robertson: An assessment of the developmental potential of embryonic stem cells in the midgestation mouse embryo. In: Development. Band 105, 1989, S. 733–737.
ES-Zellen wurden erstmals 1981 isoliert – aus Blastozysten der Maus. Sie neigen in vitro dazu, spontan zu differenzieren. Dies kann durch Faktoren unterbunden werden, welche die Selbsterneuerung der Zellen fördern. Mehrere solcher Stoffe wurden seit Ende der 1980er Jahre identifiziert, maßgeblich durch die Gruppe um Austin Smith in Edinburgh. ES-Zellen können daher im Prinzip unbegrenzt vermehrt werden, was unter anderem auch mit der hohen Aktivität des Enzyms Telomerase zusammenhängt. Damit unterscheiden sie sich von anderen (sogenannten primären) Körperzellen, die ihre Teilungsaktivität in der Kulturschale meist nach kurzer Zeit einstellen (replikative Zellseneszenz).
ES-Zellen bilden im Embryo die Vorläufer für sämtliche Körperzellen, nicht jedoch für die embryonalen Anteile der Plazenta. 2003 konnte im Mausmodell zudem erstmals gezeigt werden, dass ES-Zellen auch zu Keimzellen (Gameten, in der genannten Studie zu Eizellen) differenzieren können.K. Hubner u. a.: Derivation of oocytes from mouse embryonic stem cells. In: Science. Band 300, 2003, S. 1251–1256.
Eine bemerkenswerte Eigenschaft von ES-Zellen der Maus besteht darin, dass sie in Präimplantationsembryonen wieder eingeführt werden können und nach deren Transfer in scheinschwangere Tiere am Aufbau aller fötalen Gewebe beteiligt werden. Dies kann für die zielgerichtete Ausschaltung bestimmter Gene in Mäusen benutzt werden. Knock-out-Mäuse, die sich unter Nutzung von ES-Zellen deutlich schneller produzieren lassen als mit herkömmlichen Techniken, sind von hohem Wert für die Erforschung von Genfunktionen und werden auch als menschliche Krankheitsmodelle verwendet.
Weiterhin können ES-Zellen in vitro mehr oder weniger gezielt zu verschiedensten Zelltypen ausdifferenziert werden, z. B. in Nervenzellen. Dieses Gebiet wurde insbesondere ab 1998 mit der erstmaligen Etablierung von humanen ES-Zellen (hES-Zellen) durch James Thomson und John D. Gearhart belebt. hES-Zellen werden im Allgemeinen aus sogenannten überzähligen Embryonen gewonnen, die durch In-vitro-Fertilisation entstanden sind, nicht mehr für Fortpflanzungszwecke benötigt werden und daher tiefgefroren gelagert werden. Das Hauptinteresse der Forschung an hES-Zellen gilt der Differenzierung in spezialisierte Zellen, um diese für mögliche Zellersatztherapien verfügbar zu machen.
ES-Zellen werden möglicherweise eines Tages in der Medizin als Ersatzmaterial dienlich sein können. Die Krankheit Morbus Parkinson konnte unter Nutzung differenzierter hES-Zellen zumindest in Tierversuchen bereits behandelt werden. Solche und andere – vor allem im Tiermodell gewonnenen – Erkenntnisse wurden jedoch noch nicht bei größeren Säugetieren bestätigt. Trotzdem hat die US-amerikanische Firma Geron bereits erste klinische Studien unter Nutzung von hES-Zellen für die Therapie von Rückenmarksverletzungen für 2008 angekündigt. Prinzipiell bedürfen die bisherigen Ergebnisse jedoch noch einer strengen Überprüfung, so dass im Gegensatz zu den adulten Stammzellen (s. u.) eine mögliche klinische Anwendung noch weit entfernt ist.Passier, Mummery: Origin and use of embryonic and adult stem cells in differentiation and tissue repair. In: Cardivascular Research. Band 58, 2003, S. 324–335. So können hES-Zellen beispielsweise nach Transplantation in Versuchstiere Tumoren bilden, so dass vor einem klinischen Einsatz sichergestellt sein muss, dass die Transplantate keine undifferenzierten hES-Zellen mehr enthalten. Von großer Relevanz könnte auch die immunologisch bedingte Abstoßung entsprechender Transplantate durch den Empfänger sein, ein aus der Transplantationsmedizin hinlänglich bekanntes Problem.
Eine ethisch weitgehend unbedenkliche Quelle für embryonale Stammzellen könnten unbefruchtete Eizellen darstellen, die im Rahmen von Fruchtbarkeitsbehandlungen anfallen und nicht befruchtet werden. Durch elektrische oder chemische Reize können diese Eizellen zur Teilung angeregt werden (Parthenogenese), woraus zum Beispiel Herzmuskelzellen gezüchtet werden können.Michael Didié u. a.: Parthenogenetic stem cells for tissue-engineered heart repair. In: Journal of Clinical Investigation. Band 123, Nr. 3, 2013, S. 1285–1298, doi:10.1172/JCI66854.
Klonen
Neben der Gewinnung von ES-Zellen aus IVF-Blastozysten ist auch eine Gewinnung von ES-Zellen durch Klonen von Embryonen möglich. Grundlage für diese Möglichkeit war das erste erfolgreiche Klonen eines Säugetiers im Jahr 1996, des Schafs „Dolly“. Unter Nutzung dieser Technik kann durch Übertragung des Zellkerns aus einer Körperzelle in eine unbefruchtete, von der inneren Zellmasse befreite Eizelle ein früher Embryo entstehen, aus dem ES-Zellen angelegt werden können. Die Methode hätte bei der Anwendung auf den Menschen den Vorteil, dass mit dem Spender genetisch (und damit immunologisch) identische ES-Zellen zur Verfügung stünden.
Die Forschung an embryonalen Stammzellen gelang auch durch gefälschte Ergebnisse in den Fokus der Öffentlichkeit: Im Jahr 2004 publizierte das Forschungsteam um den südkoreanischen Tiermediziner Hwang Woo-suk, es sei erstmals gelungen, einen menschlichen Embryo zu klonen und auf diese Weise Stammzelllinien zu gewinnen (Therapeutisches Klonen). 2005 folgte eine Publikation, ebenfalls in der angesehenen Fachzeitschrift Science, der zufolge die weltweit ersten maßgeschneiderten embryonalen Stammzellen für schwerstkranke Patienten etabliert worden seien. Beide Publikationen stellten sich als weitgehend gefälscht heraus.
Einen möglichen Durchbruch im Therapeutischen Klonen von Primaten stellen die erstmals im Juni 2007 vorgestellten Ergebnisse eines US-amerikanischen Forscherteams um Shoukhrat Mitalipov dar.Monkey stem cells cloned. In: Nature. Nr. 447, 20. Juni 2007, S. 891. Dem Team gelang es, Rhesusaffen zu klonen und aus den erhaltenen Embryonen zwei Linien embryonaler Stammzellen zu gewinnen. Angewandt wurde dabei das gleiche Verfahren wie bei dem Schaf „Dolly“. Diese Ergebnisse wurden am 14. November 2007 von unabhängiger Seite bestätigt.
Ethische Kontroverse Die Art der Gewinnung menschlicher embryonaler Stammzellen (abgekürzt oft: hES-Zellen; h = human) nach In-vitro-Fertilisation führte zu einer hitzigen, bis heute andauernden ethischen Debatte.
Die Verwendung von menschlichen embryonalen Stammzellen in der Forschung und Medizin wird von einem Teil der Gesellschaft abgelehnt, da zu ihrer Gewinnung die Zerstörung von frühen menschlichen Embryonen erforderlich ist („verbrauchende“ Embryonenforschung). Grundsätzlich geht es bei der Diskussion in Deutschland vor allem um die Frage, ob der frühe Embryo als menschliches Wesen unter den Würdeschutz des Grundgesetzes fällt und damit sein Leben keinerlei Abwägungen unterliegen dürfe. Die Gegner der Stammzellenforschung bemühen dabei oftmals die so genannten SKIP-Argumente, um von ihrer Position zu überzeugen.G. Damschen, D. Schönecker: Der moralische Status menschlicher Embryonen. de Gruyter, Berlin 2002. Die Befürworter der Forschung an embryonalen Stammzellen bewerben hingegen häufig das möglicherweise sehr hohe positive Potential der Forschung mit humanen embryonalen Stammzellen: Die Wissenschaftler erhoffen sich unter anderem eine Heilung schwerer Krankheiten (Parkinson-Krankheit, Diabetes mellitus, Querschnittlähmung) sowie die Möglichkeit, zerstörte Organe nachwachsen zu lassen. Konkrete Hinweise auf solche therapeutischen Erfolge gibt es allerdings zum gegenwärtigen Zeitpunkt lediglich aus Tierexperimenten mit Nagern.
Die Deutsche Bischofskonferenz (katholisch) vertritt die Meinung, dass menschliches Leben ab der Befruchtung der Eizelle vorliege. Dementsprechend gebühre dem Menschen ab der Befruchtung eine Würde, die eine Zerstörung der befruchteten Eizelle verbiete.Kommentar der DBK zum Stammzellen-Urteil des Europäischen Gerichtshofes. Ebenso äußerte sich die Kongregation für die Glaubenslehre unter Joseph Ratzinger 1987 in der Instruktion Donum Vitae.Die Instruktion Donum Vitae. Papst Johannes Paul II. äußerte sich u. a. hierzu in der Enzyklika Evangelium vitae 1995 und griff die entsprechenden Aspekte der Fragestellung aus Donum Vitae auf.Enzyklika Evangelium Vitae. Die päpstliche Akademie für das Leben gab 2000 eine entsprechende Erklärung heraus, die sich insbesondere mit technischen Fragen der Stammzellforschung auseinandersetzt.Erklärung der päpstlichen Akademie für das Leben. Eine der letzten katholischen Stellungnahmen diesbezüglich war die Erklärung Dignitas personae der Römischen Glaubenskongregation.Dignitas Personae.
Ebenso gibt es theologische Überzeugungen, dass bereits der frühe Embryo beseelt sei. Dieser Embryo habe eine Seele und stehe deshalb unter besonderem Schutz. Darauf Bezug nehmend weisen manche Befürworter der Stammzellforschung darauf hin, dass man im Anschluss an Thomas von Aquin in der katholischen Kirche bis in die Neuzeit glaubte, dass die Beseelung des Embryos schrittweise erfolge (Sukzessivbeseelung) und die höchste Form der Seele, die „anima intellectiva“, erst ca. drei Monate nach der Empfängnis übertragen werde. Endgültig hat die katholische Kirche erst in der Bulle Apostolicae Sedis (1869, unter Pius IX.) die Lehre von der vollen Menschwerdung am 80. Tag aufgegeben.