Stammzellen Eine kurze Einfhrung Sehr geehrter Sprecher Diese

Stammzellen - Eine kurze Einführung

Sehr geehrter Sprecher… Diese Präsentation soll eine Hilfe für Wissenschaftler, Dozenten und Wissenschaftsvermittler für den flexiblen Einsatz darstellen. Dafür wird nicht immer jede Folie nützlich sein. Verwenden Sie einfach die Folien, die zu Ihrem Publikum passen, ergänzen Sie die Präsentation mit Ihren eigenen Folien oder nutzen Sie nur die Abbildungen. Inhalt Ø Grundlagen der Stammzellbiologie: Für Schüler ab 16 Jahren oder Erwachsene mit keinem oder wenig Hintergrundwissen Ø Klonen & Klonieren: Für Erwachsene mit keinem oder wenig Hintergrundwissen, einführende Folien für Schüler ab 16 Jahren Ø Stammzellbiologie im Detail: Für informierte fachfremde Personen, z. B. Ärzte und Wissenschaftler aus anderen Fachgebieten. Notizen für Referenten Jede Folie in den Abschnitten “Grundlagen” und “Klonen” enthält Erläuterungen zur einfachen und allgemein verständlichen Erklärung der Hauptpunkte. Die detaillierteren Folien im letzten Abschnitt haben deutlich kürzere Notizen und setzen ein Grundwissen über Stammzellforschung voraus. Weiterführende Informationen & Material Der 15 -minütige Film “A Stem Cell Story” bietet eine hervorragende Einführung ins Thema Stammzellen und deckt viele der hier vorgestellten Konzepte ab (zu finden unter www. eurostemcell. org/films ) Für Fragen oder Kommentare schreiben Sie uns unter http: //www. eurostemcell. org/contact

Grundlagen der Stammzellbiologie

Eine Lebensgeschichte…

Was ist eine Stammzelle? Stammzelle Selbsterneuerung (Kopieren) Stammzelle Differenzierung (Spezialisierung) Spezialisierte Zelle z. B. Muskelzelle, Nervenzelle

Was ist eine Stammzelle? Stammzelle Selbsterneuerung (Kopieren) Identische Stammzellen Stammzelle Differenzierung (Spezialisierung) Spezialisierte Zelle

Warum selbsterneuern UND differenzieren? 1 Stammzelle Selbsterneuerung – Erhält den Stammzellbestand 4 spezialisierte Zellen Differenzierung – ersetzt tote oder beschädigte Zellen ein Leben lang

Wo findet man Stammzellen? Embryonale Stammzellen Blastozyste – ein sehr früher Emryo Gewebestammzellen Fötus, Baby und ein Leben lang

Arten von Stammzellen: 1) Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Wo wir sie finden Blastozyste Zellen im Inneren = ‘innere Zellmasse’ Flüssigkeit mit Nährstoffen Kultur im Labor, um mehr Zellen herzustellen Embryonale Stammzellen entnommen aus der inneren Zellmasse Äußere Zellschicht = ‘Trophektoderm’

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Was sie können Differenzierung Embryonale Stammzellen PLURIPOTENT Alle möglichen Arten von spezialisierten Zellen

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Herausforderungen gun n i d e Haut g. A r. B nte u r u Kultur unter Bed Embryonale Stammzellen ingung B Kultu Ku r unt er Be dingu ng C ltu ru nte r ? Nervenzellen Blut Be din g un g. D Leber

Arten von Stammzellen 2) Gewebestammzellen

Gewebestammzellen: Wo wir sie finden Oberfläche des Auges Haut Hoden Muskeln Gehirn Brust Darm Knochenmark

Gewebestammzellen: Was sie können Blutstammzelle Differenzierung Zu finden im Knochenmark MULTIPOTENT Nur spezialisierte Zelltypen: Rote & weiße Blutkörperchen, Blutplättchen

Arten von Stammzellen 3)Induzierte pluripotente Stammzellen (i. PS-Zellen)

Induzierte pluripotente Stammzellen (i. PS-Zellen) ‘genetische Reprogrammierung’ = Hinzufügen bestimmter Gene zu der Zelle Körperzelle Induzierte pluripotente Stammzelle (i. PS-Zelle) Verhält sich wie eine embryonale Stammzelle Differenzierung Kultur von i. PS-Zellen im Labor Vorteil: keine Embryos benötigt! Alle möglichen Arten von spezialisierten Zellen

Induzierte pluripotente Stammzellen (i. PS-Zellen) genetische Reprogrammierung Pluripotente Stammzelle (i. PS) Körperzelle (Haut) Differenzierung Knorpel Nervengewebe Muskel Knochen Haut Respiratorisches Epithelium

Stammzell-Jargon Potenzial Ein Maß dafür, wie viele verschieden Zelltypen eine Stammzelle bilden kann Pluripotent Kann alle Arten von spezialisierten Zellen des Körpers bilden Embryonale Stammzellen sind pluripotent Multipotent Kann mehrere (multiple) Arten von spezialisierten Zellen bilden, aber nicht alle Zelltypen Gewebestammzellen sind multipotent

Klonen & Klonieren

Klonen & Klonieren Es gibt zwei SEHR unterschiedliche Arten des Klonens: Reproduktives Klonen Molekulares Klonen (Klonieren) gene 1 gene 2 Zur Herstellung von 2 identischen Individuen Zum Verstehen, welche Funktion ein bestimmtes Gen hat Sehr schwierig durchzuführen Routine in biologischen Labors Illegal beim Menschen

Reproduktives Klonen Eizelle Körperzelle Entfernen des Zellkerns und Verwendung der restlichen Zelle Entnahme des Zellkerns (enthält die DNS) Klon Identisch zu dem Individuum, aus dem der Zellkern kommt Das Schaf Dolly

Molekulares Klonen: Mechanismen 1) Entnahme der DNS aus dem Zellkern Gen 1 Gen 2 Zelle 1 Zelle 2 2) Herstellung eines neuen DNS-Stückes Gen 1 Gen 2 3) Einfügen der neuen DNS in eine Testzelle und Anfertigung von Kopien Gen 1 Tochterzellen haben gleiche DNS Gen 2 Einfügen der neuen DNS Zellen teilen sich Gene 1 & 2 wurden geklont (kloniert)

Molekulares Klonen: Anwendungen Funktionsverlust (“loss of function“) Entfernen eines Gens um zu sehen, ob irgendetwas anders ist Reportergen Hinzufügen eines Gens, das uns zeigt, ob ein anderes Gen aktiv ist Verfolgung der Abstammung von Zellen Markieren einer Gruppe von Zellen um zu sehen, wo die Tochterzellen sind Auge Normaler Mausembryo Gen A fehlt Gen spielt eine Rolle bei Festlegung der Augenfarbe Gen ist nur in den blauen Bereichen aktiv Gen wird an Zellen überall Im Körper weitergegeben

Stammzellbiologie im Detail

Gewebestammzellen und Hierarchien

Gewebestammzellen: Mechanismen der Gewebeerneuerung Stammzelle: - Selbsterneuerung - teilt sich wenig - großes Potenzial - selten Vorbestimmte Vorläufer: - “sich vorübergehend rasch vermehrende Zellen” (“transient amplifying cells”) - multipotent - teilen sich sehr schnell - keine Selbsterneuerung Spezialisierte Zellen: - arbeiten - keine Teilung

Gewebestammzellen: Hämatopoetische Stammzellen (HSZ) NK-Zelle T-Zelle B-Zelle Dendritische Zelle Megakaryozyt HSZ Plättchen Erythrozyten Makrophage Neutrophile Knochenmark Eosinophile Basophile Vorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

Gewebestammzellen: Neurale Stammzellen (NSZ) Nervenzellen Interneurone Oligodendrozyten NSZ Typ 2 Astrozyten Typ 1 Astrozyten Gehirn Vorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

Gewebestammzellen: Darmstammzellen (DSZ) Paneth-Zellen Becherzellen DSZ Endokrine Zellen Enterozyten (Saumzellen) Dünndarm Vorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

Gewebestammzellen: Mesenchymale Stammzellen (MSZ) Knochen (Osteoblasten) Knorpel (Chondrozyten) MSZ Knochenmark Fett (Adipozyten) Vorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

Das zu Hause der Stammzellen: Die Stammzellnische

Stammzellnischen Nische Mikroumgebung von Stammzellen, die den Erhalt der Zellen ermöglicht und Signale aussendet, die Selbsterneuerung und Differenzierung steuern Direkter Kontakt Gelöste Faktoren Stammzelle Nische Intermediär-Zelle

Quellen Bildquellen Vielen Dank an die folgenden Personen für die Erlaubnis, ihre Abbildungen zu verwenden: Folie 17, i. PS-Zellen: Keisuke Kaji, Universität Edinburgh, Großbritannien Folie 27, Blutzellen-Abbildung: Jonas Larsson, Lund Universität, Schweden Folie 29, Darmzellen-Abbildung: Hans Clevers und Nick Barker, Hubrecht Institut, Niederlande Sollten Sie beabsichtigen, die oben genannten Abbildungen außerhalb dieser Präsentation zu benutzen, kontaktieren Sie bitte den Besitzer. Alle anderen Abbildungen können ohne Einschränkungen weiterbenutzt werden. Danksagung Unserer besonderer Dank gilt Dr. Christele Gonneau für die Entwicklung dieser Präsentation und ihre unermüdliche Bereitschaft, zu gewährleisten, dass die Notizen korrekt sind. Danke auch an Freddy Radtke vom EPFL in der Schweiz, dessen Folie wir kopiert haben um Folie 27 über Gewebestammzellen zu erstellen.