Können Adulte Stammzellen Alles?
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Anonim

Wissenschaftler haben möglicherweise Hautzellen von Mäusen in embryolische Stammzellen verwandelt, aber frühere Behauptungen über die Kraft adulter Zellen haben den Test der Zeit noch nicht bestanden.

Aus menschlichen Embryonen gewonnene Stammzellen scheinen die besten Chancen für neue Therapien zu bieten, da sie sich im Gegensatz zu anderen Stammzellen in nahezu jede Art von Gewebe verwandeln können. Forscher beklagen jedoch, dass politische Hindernisse sie davon abhalten, das volle Potenzial dieser Zellen zu bestimmen.

Vor sechs Jahren beschränkte Präsident Bush die von der Bundesregierung finanzierte Forschung auf etwa 20 lebensfähige Zelllinien, die vor dem 9. August 2001 aus Embryonen extrahiert worden waren. Die Stammzellgemeinschaft forderte wiederholt die Aufhebung der Beschränkungen und beschuldigte die ausgewiesenen Zellkolonien wurden kompromittiert oder korrumpiert und das Versäumnis, das Verbot zu lockern, behindert die Bemühungen der USA, neue lebensrettende Behandlungen zu entdecken. Gegner sagen jedoch, dass solche Forschungen unmoralisch sind, weil Embryonen zerstört werden müssen, um ihre Zellen zu erhalten.

Letzte Woche sandte der Kongress Gesetze an Bush, die es staatlich finanzierten Wissenschaftlern ermöglichen würden, Zellen aus gefrorenen Embryonen zu untersuchen, die Patienten in Fruchtbarkeitskliniken nicht mehr benötigen und die sich entschieden haben, zu spenden, anstatt sie zu verwerfen. Das Gesetz zur Verbesserung der Stammzellforschung von 2007 enthält auch ethische Richtlinien für diese Forschung.

Bush erneuerte sofort sein Versprechen, gegen die Gesetzesvorlage ein Veto einzulegen (da er ähnliche Gesetze erlassen hatte, die letztes Jahr an seinem Schreibtisch eingegangen waren) - und es ist fraglich, ob der Senat die Stimmen aufbringen kann, um sie außer Kraft zu setzen. Der Senat verabschiedete die Maßnahme im April mit einem Vorsprung von 63 zu 34 - nur vier Stimmen weniger als die Zweidrittelmehrheit, die erforderlich war, um an einem Tag, an dem zwei Befürworter des Gesetzentwurfs abwesend waren, ein Veto einzulegen.

Als Bush ein Veto gegen die Maßnahme einlegte, sagte er, es sei "ein schwerwiegender Fehler", wenn "die amerikanischen Steuerzahler gezwungen wären, die absichtliche Zerstörung menschlicher Embryonen zu unterstützen".

Kritiker argumentieren weiter, dass die Erforschung embryonaler Stammzellen unnötig sei, da Stammzellen von Erwachsenen angeblich genauso vielversprechend seien. Tatsächlich gaben die Forscher nur einen Tag vor der Abstimmung im Repräsentantenhaus letzte Woche bekannt, dass sie einfache alte Hautzellen, die erwachsenen Mäusen entnommen wurden, dazu gebracht hatten, embryonale Zellen nachzuahmen, die - wenn sie lernen, dasselbe für den Menschen zu tun - eine einfache und scheinbare Wirkung haben könnten weniger kontroverse Methode, um Dutzende von Stammzellen zu erstellen.

Obwohl die Forscher sagten, dass der Befund die Notwendigkeit von Studien an echten embryonalen Stammzellen nicht negierte, nutzten Kritiker ihn als weiteren Beweis dafür, dass solche Forschungen überflüssig sind: Wenn adulte Zellen in embryolike Zellen umgewandelt werden könnten, argumentierten sie, warum sie nicht stattdessen verwenden sollten Embryonen zu zerstören?.

Die Behauptung spiegelt die oft in der emotionalen Debatte über die Bundesfinanzierung neuer menschlicher embryonaler Arbeit gemachten Aussagen wider. Insbesondere Gegner der Forschung an embryonalen Stammzellen haben wiederholt auf die vermeintliche Kraft von Stammzellen hingewiesen, die aus dem erwachsenen Körper extrahiert wurden und in den Händen mindestens eines Labors nahezu der von embryonalen Stammzellen zu entsprechen schienen.

Im Gegensatz zur Studie der letzten Woche haben andere Laboratorien die dramatischen Ergebnisse, auf denen solche Argumente beruhen, nie reproduziert. Und in den letzten sechs Monaten haben Untersuchungen seltsame Fehler in den Daten eines Labors aufgedeckt, das behauptete, adulte Stammzellen erfolgreich manipuliert zu haben, um wie embryonales Gewebe zu wirken.

Auf den ersten Blick könnte eine Flut von nicht reproduzierbaren Ergebnissen auf Probleme innerhalb des Feldes selbst hinweisen.

In jüngsten Interviews sagten Top-Stammzellenexperten, dass die Misserfolge den hohen Bekanntheitsgrad des Feldes und seine Politisierung widerspiegeln, die den tatsächlichen Fortschritt verdecken. "Ich hasse es, wenn [große Behauptungen nicht wiederholt werden], weil unser Feld dadurch wie ein Feld voller Betrug und Betrug aussieht", sagt der Stammzellbiologe Irving Weissman von der Stanford University.

Konventionelle Weisheit hat lange behauptet, dass adulte Stammzellen nur in der Lage sind, ihr Ursprungsgewebe zu bilden. Forscher haben Stammzellen nur aus einigen Organen und Geweben des Körpers isoliert, einschließlich Blut, Gehirn, Skelettmuskel, Herzmuskel und zuletzt aus Haut. Sie hoffen herauszufinden, ob Stammzellen auch für andere Schlüsselorgane wie Bauchspeicheldrüse, Leber und Rückenmark existieren. Ein Großteil der Forschung an adulten Stammzellen konzentriert sich darauf, die Gene und Moleküle zu identifizieren, die solche Zellen definieren, und ihnen zu ermöglichen, sich auf unbestimmte Zeit wieder aufzufüllen, während sie die verschiedenen Zelltypen ihrer Organe produzieren - die bestimmenden Merkmale einer Stammzelle. Das Lernen, adulte Stammzellen im Labor zu züchten und zu manipulieren, könnte es Forschern auch ermöglichen, daraus geweberegenerierende Behandlungen zu erstellen.

Eine Reihe von schlagzeilengreifenden Ergebnissen in den späten 1990er Jahren und zu Beginn dieses Jahrzehnts deutete darauf hin, dass bestimmte adulte Stammzellen wie die aus dem Blut die Erwartungen zu übertreffen schienen und sich in andere Organe und Gewebe verwandeln. Diese Studien ergaben leuchtende Zellen in unerwarteten Organen wie Gehirn, Herz und Leber, wenn sie so konstruiert wurden, dass sie grün leuchten und Mäusen injiziert wurden. Die Entdecker nannten den Prozess Transdifferenzierung.

Innerhalb weniger Jahre scheiterten jedoch Laboratorien, die versuchten, die Ergebnisse zu replizieren, entweder oder lieferten einfache Erklärungen dafür, wie die Fusion zwischen den injizierten Zellen und denen in den identifizierten Organen. Eine Folgestudie vom September 2002 ergab keine Hinweise auf eine weit verbreitete Transdifferenzierung blutbildender Stammzellen in Gehirn, Leber, Niere, Darm und anderen Geweben. Transdifferenzierung kann auftreten, aber wenn ja, muss es ein seltenes Ereignis sein, sagt der Stammzell- und Herz-Kreislauf-Forscher Kenneth Chien vom Harvard Stem Cell Institute.

Die Wissenschaftler waren im Juli 2002 noch verblüffter, als Forscher unter der Leitung der Stammzellbiologin Catherine Verfaillie von der University of Minnesota berichteten, dass aus Knochenmark stammende Zellen, die sie in junge Embryonen injiziert hatten, genau wie embryonale Stammzellen zu allen drei embryonalen Schichten beitrugen.

Verfaillie und Kollegen versuchten, Stammzellen zu züchten, die aus Nagetier-Mesenchym extrahiert wurden, einem Bestandteil des Knochenmarks, der zu Fett, Skelett und Muskeln beiträgt. Knochenmarkzellen wachsen normalerweise nicht im Labor, aber das Team berichtete, dass durch sorgfältige Kontrolle der Sauerstoffmenge, die die Zellen zusammen mit anderen Wachstumsbedingungen erhielten, die Zellen mindestens ein Jahr lang am Leben bleiben könnten. Dabei schienen sich die Zellen in etwas anderes zu verwandeln, wie die Experimente zeigten. Anstatt nur im Mesoderm oder in der mittleren Schicht des Embryos aufzutauchen, wo sich zukünftige mesenchymale Zellen befinden, hatten sich die Zellen gemäß dem Bericht der Gruppe in Nature auf die beiden benachbarten Schichten ausgebreitet, die andere Gewebe wie Haut, Gehirn und Darm bilden.

Die Forscher spekulierten, dass ihre Zellen, die sie als multipotente adulte Vorläuferzellen (MAPCs) bezeichneten, in der Kultur in einen primitiveren Zustand zurückgegangen sein könnten oder von der Embryonalentwicklung übrig geblieben wären. "Das hat viel Aufregung ausgelöst, dass es diese adulten Stammzellen geben könnte, die das Potenzial embryonaler Stammzellen haben", sagt die Stammzellforscherin Amy Wagers vom Joslin Diabetes Center in Boston.

In der Hoffnung, das Ergebnis durch Replikation zu bestätigen, versuchten andere Laboratorien erfolglos, die Zellen zu züchten. Wagers, damals Postdoktorand im Labor des Stammzellbiologen Irving Weissman an der Stanford University, verbrachte 2002 eine Woche in Verfaillies Labor, um zu lernen, wie man MAPCs kultiviert. "Sie sind sehr pingelig", sagt sie. Sogar Verfaillie, die ankündigte, dass sie einen Kurs über das Züchten der Zellen in Laborschalen unterrichten würde, hatte laut Weissman zeitweise Probleme, sie zu kultivieren.

Schwierigkeiten beim Wachstum von Stammzellen sind keine Seltenheit. "Die Kulturbedingungen, die für das Wachstum verschiedener Arten von Stammzellen erforderlich sind, können sehr schwierig sein", sagt David Anderson vom California Institute of Technology in Pasadena. Aber je länger eine Studie trotz aller Bemühungen der Forscher nicht wiederholt wird, desto weniger solide scheint ein Ergebnis zu sein.

Vor diesem Hintergrund berichtete das in London ansässige Magazin New Scientist im Februar, dass Daten, die in Verfaillies Juli-Naturpapier vorgestellt wurden, unter einem anderen Etikett erschienen, ansonsten jedoch in einem zweiten Papier, das im August 2002 in Experimental Hematology veröffentlicht wurde, identisch waren. Die Daten bezogen sich auf die Zelloberfläche Proteine, die angeblich die Zellen definiert haben. In diesem Monat bewertete ein von der University of Minnesota einberufenes Expertengremium die Daten als "erheblich fehlerhaft" und "möglicherweise falsch" für weitere Inkonsistenzen in den Daten, beschuldigte jedoch Verfaillie oder irgendjemanden in ihrem Labor nicht, sie absichtlich manipuliert zu haben.

Die fehlerhaften Daten widersprachen nicht der Hauptbehauptung des Papiers, dass die injizierten Zellen ein ähnliches Potenzial wie embryonale Stammzellen haben, sagen Forscher, weil sie einfach andere Zelloberflächenproteine ​​hätten enthalten können, die nicht in den Daten enthalten waren. [siehe Endnote].

Weitere Probleme tauchten jedoch im März auf, als New Scientist berichtete, dass ein einzelnes Bild dreimal in Daten aus Verfaillies Labor aufgetaucht war - einmal in Bezug auf Knochen und einmal in Bezug auf Knorpel in einem Blutpapier von 2001 über menschliche MAPCs und noch einmal zur Beschreibung Knochenzellen in einer Patentanmeldung von 2006.

Im Januar, kurz bevor die ersten Datenprobleme bekannt wurden, hatte Verfaillies Arbeit einen Schub erhalten, als ihr Labor zusammen mit Weissmans Bericht einen zweiten Befund aus dem Nature-Papier von 2002 wiederholte, wonach MAPCs das zerstörte Knochenmark (wo rot) teilweise ersetzen könnten Blutzellen werden aus Mäusen hergestellt, was an sich ungewöhnlich ist, weil sie nicht aus blutbildenden Stammzellen stammen, sagt Weissman. Er fügt jedoch hinzu, dass MAPCs, wenn sie wie berichtet funktionieren, immer noch nicht sehr effizient sind: Eine adulte blutbildende Stammzelle ersetzte so viel Knochenmark wie eine Million MAPCs.

"Es gibt immer noch viel Skepsis gegenüber dem Papier, obwohl Irv darauf ist", sagt Chien. Weissman sagt, sein Labor habe noch keine MAPCs erstellt. Für das Experiment mit Verfaillie, der jetzt die Stammzellforschung an der Katholischen Universität von Leuven in Belgien leitet, implantierte einer seiner derzeitigen Postdoktoranden, Scott Dylla, die Zellen in Mäuse in Leuven und brachte sie zur Untersuchung nach Stanford.

Experten zögern, Verfaillie zu beurteilen, die sie als sorgfältige Forscherin bezeichnen. Trotzdem haben die fischartigen Figuren und die mangelnde Replikation die Augenbrauen hochgezogen. "Es riecht alles sehr schlecht", sagt der Stammzellbiologe Sean Morrison von der University of Michigan am Ann Arbor Center für Stammzellbiologie. Die wichtige Frage sei immer noch, ob die Ergebnisse reproduziert werden könnten. "Es gibt jetzt eine Tendenz, dass die Leute wirklich auf Catherine abschlagen", sagt er vorzeitig. Verfaillie gab keine Anrufe oder E-Mails zurück, in denen um einen Kommentar gebeten wurde.

Obwohl sich Gegner der Forschung an embryonalen Stammzellen auf Transdifferenzierung und MAPCs stützten, haben nur wenige Wissenschaftler jemals adulte Stammzellen als Alternative zu embryonalen vorgeschlagen, sagt Morrison. Eva Mezey, eine Stammzellbiologin an den National Institutes of Health, die eine der Transdifferenzierungsstudien veröffentlicht hat und zu dem Effekt steht, stellt fest, dass embryonale Zellen von Natur aus vielseitiger sind als adulte Stammzellen. "Das ist ihre Aufgabe", sagt sie.

Morrison sagt, dass die Transdifferenzierungsstudien eine schwarze Markierung auf dem Feld hinterlassen haben, aber nur eine Teilmenge der Forschung darstellen. "Es gibt immer Leute mit einer Mentalität, die schnell reich wird", sagt Morrison. "Es ist eine berufliche Gefahr in jedem Bereich, in dem die Möglichkeit besteht, dass Ihr Papier auf der Titelseite der New York Times landet. Die Tatsache, dass dies ein hochkarätiges Feld ist, bedeutet, dass Menschen, die Fehler machen, mehr Aufmerksamkeit erhalten."

"All dies wird wirklich riskant", fügt Anderson von Caltech hinzu, "wenn Kliniker beginnen, Studien voranzutreiben, die auf experimentellen Ergebnissen basieren, die möglicherweise nicht solide sind."

Transdifferenzierungsstudien führten zu einer Reihe klinischer Studien, darunter mehrere, in denen Herzinfarktpatienten eine Injektion blutbildender Stammzellen in ihr Herz erhielten, in der Hoffnung, den toten Herzmuskel zu ersetzen. Die Ergebnisse kamen im letzten Jahr und waren nicht ermutigend: In zwei kürzeren Studien verbesserte sich die Herzfunktion um einige Prozentpunkte oder überhaupt nicht, und eine längere Studie ergab einen leichten, aber vorübergehenden Nutzen.

Laut Weissman erfüllen die meisten klinischen Studien mit Stammzellen nicht das, was er als Schlüsselkriterium ansieht: Sie sollten auf klaren, von Experten überprüften Demonstrationen der Geweberegeneration basieren, die von einer großen Anzahl unabhängiger Gruppen wiederholt werden und schnelle und dauerhafte Vorteile bieten.

Chien stimmt zu, dass die grundlegende Stammzellbiologie nicht mit klinischen Studien Schritt gehalten hat, aber er sagt, dass ein zwingender Bedarf an neuen Behandlungen besteht. "Ich kann verstehen, warum Menschen motiviert sind, etwas zu versuchen", indem er Versuche durchführt, sagt er. "Sie werden weitermachen und wir werden etwas von ihnen lernen", stellt er fest, obwohl er hinzufügt, dass Behandlungen, die derzeit in der Klinik sind, wahrscheinlich nicht in den Mainstream gelangen werden.

Stammzellforscher behaupten, dass die Embryonalforschung unabhängig vom Potenzial adulter Stammzellen dazu beitragen könnte, dies zu erreichen. Im Dezember letzten Jahres berichtete Chiens Gruppe beispielsweise, Marker für Herzmuskelstammzellen gefunden zu haben, indem sie deren Entwicklung aus embryonalen Geweben verfolgten.

In ähnlicher Weise sagten die drei Forscherteams, die letzte Woche berichteten, dass sie Hautzellen von Mäusen in embryolike Zellen verwandeln, dass sie embryonale Zellen untersuchen müssen, um zu lernen, wie man menschliche Zellen auf die gleiche Weise neu programmiert und ihr Potenzial versteht.

Update: Am 13. Juni veröffentlichte Nature eine korrigierte Version der Abbildung. Das Journal sagte, es habe die Daten mit unabhängigen Experten überprüft, "die zustimmen, dass die Daten in Abbildung 1 fehlerhaft sind, aber zustimmen, dass [der Rückzug] die zentralen Ergebnisse des Papiers nicht negiert."

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