Wie Wissenschaftler Organe wachsen lassen können - und was sie zurückhält

Das Konzept der Regeneration fasziniert die Gesellschaft seit Jahrzehnten. Es wird in den Universen Marvel und DCU als eine Art Supermacht dargestellt, die den Charakteren die Möglichkeit gibt, auch die schlimmsten Szenarien zu überleben. Angesichts der Tatsache, dass berühmte Charaktere wie Deadpool in der Lage sind, ganze Gliedmaßen nachwachsen zu lassen, ist es kein Wunder, dass Wissenschaftler so fasziniert sind, sich zu fragen, wie man eine solche Fähigkeit repliziert. Ich meine, stellen Sie sich vor, Sie könnten sich vom Armverlust erholen. Wir müssten keine Amputation mehr fürchten. Oder in der Lage zu sein, einfach die Teile unseres Körpers herauszuschneiden, die nicht richtig funktionieren, in dem Wissen, dass es genau so nachwachsen würde, wie es vor der Krankheit war?

Es ist keine Magie mehr und auch nicht streng geheim. Die Antwort liegt in pluripotenten Stammzellen. Diese Zellen sind in der Lage, sich selbst zu duplizieren und jede Zelle im menschlichen Körper in andere Zellen zu differenzieren. Diese kommen am häufigsten in Embryonen vor. Erwachsene haben jedoch eine bestimmte Art von Stammzellen, die als somatische Stammzellen bekannt sind, in ihrer Haut. Diese Zellen können sich selbst duplizieren, können aber nur zu Hautzellen werden, sie verlieren ihre besondere Fähigkeit, sich in irgendetwas zu verwandeln.

Aus diesem Grund sind pluripotente Stammzellen bei Forschern sehr gefragt, da sie in jeden Zelltyp im menschlichen Körper differenzieren können. Auf diese Weise haben wir genau das Werkzeug, mit dem potenziell Millionen von Menschenleben gerettet, Körperteile nachgewachsen und degenerierte Organe repariert werden können. Warum haben wir es also noch nicht verwendet?

Es kommt hauptsächlich auf eines an: Ethik.

Dreidimensionales Modell der Blastozyste mit der inneren Zellmasse unten sichtbar

Die Angelegenheit

Bevor Sie über Ethik sprechen, ist es wichtig zu verstehen, woher die Stammzellen überhaupt stammen. Pluripotente Stammzellen stammen hauptsächlich aus gespendeten Embryonen. Nachdem ein Ei befruchtet wurde, entwickelt es sich in 5 Tagen zu einer Blastozyste. Innerhalb dieser Blastozyste befindet sich ein kleiner Zellklumpen, der als innere Zellmasse bekannt ist. Diese Masse besteht aus pluripotenten Stammzellen, Zellen, die sich in jeden anderen Zelltyp unterscheiden könnten.

Die meisten Frauen bitten Ärzte, mehrere Eier zu befruchten, falls einige Embryonen durch Mutation oder Sterben versagen. Am Ende pflanzen Wissenschaftler jedoch nur einen Embryo in den Mutterleib. Was passiert also mit dem Rest?

Viele von ihnen werden weggeworfen. Gesund oder nicht.

Es gibt andere Möglichkeiten, bei denen Mütter gesunde Embryonen für andere spenden, lagern oder zur Forschung geben können. Embryonen, die für eine Transplantation nicht lebensfähig sind, werden jedoch hauptsächlich für die Wissenschaft in Betracht gezogen. Hier kommt das Problem ins Spiel. Viele Menschen wollen keine Embryonen für die Wissenschaft spenden, egal ob sie lebensfähig sind oder nicht.

In den Augen vieler wird die Spende eines Embryos an die Wissenschaft, ob er nun zu einem Leben werden kann oder nicht, im selben Licht gesehen wie die Abtreibung. Das Thema, wann ein Embryo wirklich zum Leben wird, ist schwer zu messen, und für einige liegt die Antwort nicht in der Wissenschaft, sondern in der Religion, den Familienwerten oder anderen Bereichen. Dies hat viele Staaten und Länder dazu veranlasst, strenge Regeln für die Verwendung von Embryonen in der Forschung festzulegen. Obwohl ich persönlich glaube, dass es die persönliche Entscheidung einer Mutter ist, was mit ihren Embryonen passiert, und nur ihre Entscheidung, was wäre, wenn es eine Möglichkeit gäbe, diesem Problem vollständig auszuweichen? Gibt es eine Möglichkeit für Wissenschaftler, Stammzellen zu untersuchen, ohne sie aus einer Blastozyste zu beziehen?

Es gibt.

Induzierte pluripotente Stammzellen

Im Jahr 2006 hat Shinya Yamanaka einen Weg gefunden, Stammzellen aus Zellen zu erzeugen, die bereits in ihrer differenzierten Form auf Ihrem Körper vorhanden sind.

Er fand heraus, dass er durch die Einführung von vier Transkriptionsfaktor-Genen in die DNA von Hautzellen, die als Oct3 / 4, SOX2, c-Myc und KLF4 bekannt sind, Zellen erzeugen konnte, die als pluripotente Stammzellen fungierten, ähnlich wie embryonale Stammzellen! Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die die Expression von DNA in einer Zelle beeinflussen und die Differenzierung bestimmen.

Darüber hinaus beeinflussen bestimmte Hormone und die Nähe zu anderen Zelltypen auch die Zelldifferenzierung. Dr. Yamanaka und dieses Team haben den Begriff „Induzierte pluripotente Stammzellen“ (iPS-Zellen) geprägt, um sich auf so erzeugte Zellen zu beziehen. Wissenschaftler müssen sich nicht mehr auf Embryonen für Stammzellen verlassen und können diese Zellen zum Experimentieren und Modellieren von Krankheiten verwenden.

Wissenschaftler haben Organe wie das Herz oben aus Stammzellen gezüchtet. Diese werden jedoch abgelehnt, wenn sie in den Körper einer Person implantiert werden, wenn die Zellen nicht ihre eigenen sind.

Der noch bessere Teil ist, dass diese Zellen die DNA der Person enthalten, von der sie geerntet wurden. Wenn sie also zur Bildung von Organen oder zur Regeneration von Körperteilen verwendet werden, besteht nur eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit, dass der Körper den Teil ablehnt. Der Körper erkennt die DNA als seine eigene und das menschliche Immunsystem greift das Organ nicht an und zerstört es nicht. Dies ist jedoch kein neuer Ausbruch. Die Menschen kennen iPS-Zellen seit 12 Jahren. Haben wir also noch nicht damit begonnen, Gliedmaßen nachzubauen und die Liste der Organtransplantationen zu erweitern?

Die Barriere

Die Einführung dieser vier Gene hat sich als schwierig erwiesen. Um einer Zelle Gene hinzuzufügen, müsste man die darin enthaltene DNA modifizieren. Ursprünglich wurden die Transkriptionsfaktor-Gene unter Verwendung eines Virus in die Zelle eingeführt, da Viren eine DNA-Sequenz hervorragend modifizieren können. Sie waren jedoch etwas zu gut in ihrer Arbeit. In den mit einem Virus modifizierten Zellen gab es eine hohe Rate an Krebs und anderen Mutationen, die Wissenschaftler nicht erwartet hatten. Die zufällige und flüchtige Natur von Viren macht sie zu einer riskanten Wahl für die Modifizierung von DNA in Stammzellen für Behandlungen und Transplantationen. Was wäre, wenn Sie eine Bauchspeicheldrüse transplantieren würden, die von virusmodifizierten Zellen erzeugt wurde, und das Organ später Krebs entwickelte? Dies würde nicht nur dazu führen, dass die Bauchspeicheldrüse wieder versagt, sondern auch den Patienten gefährden.

Der andere Weg wäre, CRISPR zu verwenden, um stattdessen die Gene in den Zellen zu bearbeiten, was viel weniger riskant ist als die Verwendung eines Virus. Diese Option wird derzeit von Wissenschaftlern und Labors weltweit untersucht.

Die zentralen Thesen:

  • Stammzellen sind eine große Sache. Sie können sie verwenden, um Organe, Gliedmaßen oder sogar Modellkrankheiten in einem Labor zu züchten
  • Stammzellen sind einzigartig, weil sie sich selbst replizieren und sich in jede Zelle im menschlichen Körper differenzieren können
  • Ethik ist ein großes Thema in der Stammzellforschung! Die Menschen haben unterschiedliche Ansichten darüber, ob Wissenschaftler mit weggeworfenen Embryonen experimentieren sollten, was letztendlich den Fortschritt verlangsamt
  • Induzierte pluripotente Stammzellen können aus adulten Zellen hergestellt werden und dem ethischen Problem vollständig ausweichen
  • Es ist schwierig, Gene in Stammzellen einzuführen, aber mit Technologien wie CRISPR ist die Wissenschaft auf dem besten Weg, erstaunliche Leistungen in der regenerativen Medizin zu erbringen