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15.7: Induzierte pluripotente Stammzellen
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Induced Pluripotent Stem Cells
 
PROTOKOLLE

15.7: Induced Pluripotent Stem Cells

15.7: Induzierte pluripotente Stammzellen

Stem cells are undifferentiated cells that divide and produce different types of cells. Ordinarily, cells that have differentiated into a specific cell type are post-mitotic—that is, they no longer divide. However, scientists have found a way to reprogram these mature cells so that they “de-differentiate” and return to an unspecialized, proliferative state. These cells are also pluripotent like embryonic stem cells—able to produce all cell types—and are therefore called induced pluripotent stem cells (iPSCs).

iPSCs are potentially valuable in medicine, because a patient who needs a particular cell type—for instance, someone with a damaged retina due to macular degeneration—could receive a transplant of the required cells, generated from another cell type in their own body. This is called autologous transplantation, and it reduces the risk of transplant rejection that can occur when tissues are transplanted between individuals.

The Process

To create iPSCs, mature cells such as skin fibroblasts or blood cells from a person are grown in culture. Then, genes for multiple transcription factors are delivered into the cells using a viral vector, and the transcription factor proteins are expressed using the cell’s machinery. The transcription factors then turn on many other genes that are expressed by embryonic stem cells, returning the cells to an undifferentiated, proliferative, and pluripotent state.

It is still being studied whether iPSCs are truly equivalent to embryonic stem cells, but they appear to be similar and can produce cells from all three germ layers of the body. As with other types of stem cells, scientists are learning how to promote the differentiation of specific cell types from iPSCs efficiently, so that the needed cell types can be produced in adequate quantities.

Early Clinical Trials

The first clinical trial transplanted retinal cells derived from iPSCs into patients with age-related macular degeneration. Since then, several iPSC clinical trials have been approved for the treatment of Parkinson’s disease, heart disease, and spinal cord injury. Cells taken from patients and turned into iPSCs are also being used to study their diseases in the laboratory. In general, iPSCs provide another source of stem cells for scientific research.

Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die sich teilen und unterschiedliche Zelltypen produzieren. Normalerweise befinden sich Zellen, die sich zu einem bestimmten Zelltyp differenziert haben, in einem post-mitotischen Zustand. Das bedeutet, dass sie sich nicht mehr teilen. Die Wissenschaftler haben jedoch einen Weg gefunden, diese reifen Zellen so umzuprogrammieren, dass sie sich wieder “de-differenzieren” und in einen unspezialisierten, proliferativen Zustand zurückkehren. Diese Zellen sind wie embryonale Stammzellen ebenfalls pluripotent. Sie sind dazu in der Lage, alle Zelltypen zu produzieren. Daher nennt man sie auch induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs).

In der Medizin sind iPSCs potentiell wertvoll, da ein Patient, der einen bestimmten Zelltyp benötigt, eine Transplantation der benötigten Zellen erhalten könnte. So können die benötigten Zellen von einem anderen Zelltyp im eigenen Körper erzeugt werden. Ein Beispiel wäre ein Patient, mit einer durch Makuladegeneration beschädigten Netzhaut. Dies wird autologe Transplantation genannt und reduziert das Risiko einer Transplantatabstoßung, welche bei der Transplantation von Gewebe zwischen Individuen auftreten kann.

Der Prozess

Um iPSCs zu erzeugen, werden reife Zellen wie Hautfibroblasten oder Blutzellen einer Person in einer Kultur gezüchtet. Dann werden Gene für mehrere Transkriptionsfaktoren mit Hilfe eines viralen Vektors in die Zellen eingeschleust. Die Transkriptionsfaktorproteine werden mit Hilfe der Maschinerie der Zelle exprimiert. Die Transkriptionsfaktoren schalten dann viele andere Gene ein, die von embryonalen Stammzellen exprimiert werden. Dadurch kehren die Zellen in einen undifferenzierten, proliferativen und pluripotenten Zustand zurück.

Es wird noch untersucht, ob iPSCs wirklich äquivalent zu embryonalen Stammzellen sind. Sie scheinen aber ähnlich zu sein und können Zellen aus allen drei Keimschichten des Körpers produzieren. Wie bei anderen Stammzelltypen lernen die Wissenschaftler, wie sie die Differenzierung bestimmter Zelltypen aus iPSCs effizient fördern können, so dass die benötigten Zelltypen in ausreichender Menge produziert werden können.

Frühe klinische Studien

Die erste klinische Studie war über die Transplantation von aus iPSCs gewonnenen Netzhautzellen bei Patienten mit altersbedingter Makuladegeneration. Seitdem wurden mehrere klinische Studien mit iPSCs für die Behandlung von Parkinson, Herzkrankheiten und Rückenmarksverletzungen zugelassen. Zellen, die von Patienten entnommen und in iPSCs umgewandelt wurden, werden auch zur Untersuchung ihrer Krankheiten im Labor verwendet. Im Allgemeinen stellen iPSCs eine weitere Quelle von Stammzellen für die wissenschaftliche Forschung dar.


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