Neuronale Stammzellbiologie

Neuronale Stammzelle, weitgehend undifferenzierte Zelle mit Ursprung im Zentralnervensystem. Neuronale Stammzellen (NSCs) können Nachkommenzellen hervorbringen, die wachsen und sich zu Neuronen und Gliazellen differenzieren (nicht-neuronale Zellen, die Neuronen isolieren und die Geschwindigkeit erhöhen, mit der Neuronen Signale senden).

Stammzelle: Neuronale Stammzellen

Untersuchungen haben gezeigt, dass es auch Stammzellen im Gehirn gibt. Bei Säugetieren werden nach der Geburt nur sehr wenige neue Neuronen gebildet, aber einige Neuronen

Jahrelang glaubte man, das Gehirn sei ein geschlossenes, festes System. Selbst der bekannte spanische Neuroanatom Santiago Ramón y Cajal, der 1906 den Nobelpreis für Physiologie für die Etablierung des Neurons als Grundzelle des Gehirns erhielt, war sich der Mechanismen der Neurogenese (der Bildung von Nervengewebe) während seiner ansonsten bemerkenswerten Karriere nicht bewusst. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gab es nur eine Handvoll Entdeckungen, vor allem bei Ratten, Vögeln und Primaten, die auf die Regenerationsfähigkeit von Gehirnzellen hinwiesen. Während dieser Zeit gingen die Wissenschaftler davon aus, dass das Gehirn, sobald es geschädigt war oder sich zu verschlechtern begann, keine neuen Zellen mehr so ​​regenerieren konnte, wie andere Zelltypen wie Leber- und Hautzellen sich regenerieren können. Die Erzeugung neuer Gehirnzellen im erwachsenen Gehirn wurde für unmöglich gehalten, da sich eine neue Zelle niemals vollständig in das bestehende komplexe System des Gehirns integrieren konnte. Erst 1998 wurden NSCs beim Menschen entdeckt, die zuerst in einer Region des Gehirns namens Hippocampus gefunden wurden, von der bekannt war, dass sie maßgeblich zur Bildung von Erinnerungen beiträgt. Später wurde festgestellt, dass NSCs auch in den Riechkolben (einem Bereich, der Geruch verarbeitet) aktiv und im Septum (einem Bereich, der Emotionen verarbeitet), dem Striatum (einem Bereich, der Bewegung verarbeitet) und dem Rückenmark ruhend und inaktiv sind.

Heute untersuchen Wissenschaftler Arzneimittel, die ruhende NSCs aktivieren könnten, falls die Bereiche, in denen sich Neuronen befinden, beschädigt werden. Andere Forschungswege zielen darauf ab, Wege zu finden, um NSCs in beschädigte Gebiete zu transplantieren und sie zur Migration durch beschädigte Gebiete zu überreden. Wieder andere Stammzellforscher versuchen, Stammzellen aus anderen Quellen (dh Embryonen) zu entnehmen und diese Zellen zu beeinflussen, um sich zu Neuronen oder Gliazellen zu entwickeln. Die umstrittensten dieser Stammzellen sind diejenigen, die aus menschlichen Embryonen gewonnen werden und die zerstört werden müssen, um die Zellen zu erhalten. Wissenschaftler konnten induzierte pluripotente Stammzellen durch Neuprogrammierung adulter Körperzellen (Körperzellen, ausgenommen Spermien und Eizellen) durch Einführung bestimmter regulatorischer Gene erzeugen. Die Erzeugung von umprogrammierten Zellen erfordert jedoch die Verwendung eines Retrovirus, und daher können diese Zellen schädliche krebserregende Viren in Patienten einbringen. Embryonale Stammzellen (ESCs) besitzen ein erstaunliches Potenzial, da sie in jeden im menschlichen Körper vorkommenden Zelltyp umgewandelt werden können. Es sind jedoch weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um bessere Methoden zur Isolierung und Erzeugung von ESCs zu entwickeln.

Die Wiederherstellung von Schlaganfällen ist ein Forschungsbereich, in dem viel über das Versprechen und die Komplexität der Stammzelltherapie entdeckt wurde. Für die Stammzelltherapie können zwei Hauptansätze gewählt werden: der endogene Ansatz oder der exogene Ansatz. Der endogene Ansatz beruht auf der Stimulierung adulter NSCs im eigenen Körper des Patienten. Diese Stammzellen befinden sich in zwei Zonen des Gyrus dentatus (Teil des Hippocampus) im Gehirn sowie im Striatum (Teil der Basalganglien tief in den Gehirnhälften), dem Neocortex (der äußeren Dicke des stark gewundene Großhirnrinde) und das Rückenmark. In Rattenmodellen wurden Wachstumsfaktoren (zellwachstumsvermittelnde Substanzen) wie Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2, vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor, neurotropher Faktor aus dem Gehirn und Erythropoetin nach Schlaganfällen verabreicht, um die Neurogenese zu induzieren oder zu verbessern. Dadurch werden Hirnschäden abgewehrt und die funktionelle Wiederherstellung vorangetrieben. Der vielversprechendste Wachstumsfaktor in den Rattenmodellen war Erythropoetin, das die Proliferation neuronaler Vorläuferzellen fördert und nachweislich die Neurogenese und funktionelle Verbesserung nach einem Embolie-Schlaganfall bei Ratten induziert. Es folgten klinische Studien, in denen Erythropoetin einer kleinen Stichprobe von Schlaganfallpatienten verabreicht wurde, die schließlich gegenüber Personen in der Placebogruppe dramatische Verbesserungen zeigten. Erythropoetin hat sich auch bei Patienten mit Schizophrenie und bei Patienten mit Multipler Sklerose als vielversprechend erwiesen. Es müssen jedoch weitere Studien an größeren Patientengruppen durchgeführt werden, um die Wirksamkeit von Erythropoetin zu bestätigen.

Exogene Stammzelltherapien beruhen auf der Extraktion, In-vitro-Kultivierung und anschließenden Transplantation von Stammzellen in die vom Schlaganfall betroffenen Regionen des Gehirns. Studien haben gezeigt, dass adulte NSCs aus dem Gyrus dentatus, dem Hippocampus, der Großhirnrinde und der subkortikalen weißen Substanz (Schicht unter der Großhirnrinde) gewonnen werden können. Tatsächliche Transplantationsstudien wurden an Ratten mit Rückenmarksverletzung unter Verwendung von Stammzellen durchgeführt, die aus der subventrikulären Zone (Bereich unter den Wänden der mit Flüssigkeit gefüllten Gehirnhöhlen oder Ventrikel) des erwachsenen Gehirns biopsiert wurden. Glücklicherweise gab es durch die Biopsie keine funktionellen Defizite. Es wurden auch Studien an Ratten durchgeführt, bei denen ESCs oder von Föten stammende neurale Stammzellen und Vorläuferzellen (undifferenzierte Zellen; ähnlich wie Stammzellen, jedoch mit engeren Differenzierungsfähigkeiten) in durch Schlaganfall beschädigte Regionen des Gehirns transplantiert wurden. In diesen Studien differenzierten sich die transplantierten NSCs erfolgreich in Neuronen und Gliazellen, und es gab eine gewisse funktionelle Erholung. Die größte Einschränkung bei exogenen Therapien besteht jedoch darin, dass die Wissenschaftler die zugrunde liegenden Mechanismen der Differenzierung der Vorläuferzellen und ihrer Integration in bestehende neuronale Netzwerke noch nicht vollständig verstanden haben. Darüber hinaus wissen Wissenschaftler und Kliniker noch nicht, wie sie die Proliferation, Migration, Differenzierung und das Überleben von NSCs und ihren Nachkommen kontrollieren können. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass NSCs teilweise durch die spezialisierte Mikroumgebung oder Nische reguliert werden, in der sie sich befinden.

Es wurden auch hämatopoetische Stammzellen (HSC) untersucht, die normalerweise in Blutzellen differenzieren, aber auch in neurale Linien transdifferenziert werden können. Diese HSC können in Knochenmark, Nabelschnurblut und peripheren Blutzellen gefunden werden. Interessanterweise wurde festgestellt, dass diese Zellen durch bestimmte Arten von Schlaganfällen spontan mobilisiert werden und auch durch Granulozytenkolonie-stimulierenden Faktor (G-CSF) weiter mobilisiert werden können. Studien mit G-CSF bei Ratten haben gezeigt, dass es nach einem Schlaganfall zu einer Funktionsverbesserung führen kann, und klinische Studien am Menschen scheinen vielversprechend. Exogene Studien wurden auch an Ratten mit HSC durchgeführt. Die HSC wurden in einigen Studien lokal am Ort der Schädigung oder in anderen Studien systemisch durch intravenöse Transplantation verabreicht. Das letztere Verfahren ist einfach praktikabler, und die wirksamsten HSC scheinen diejenigen zu sein, die aus dem peripheren Blut stammen.

Die Forschung, die an Stammzelltherapien gegen Epilepsie und Parkinson durchgeführt wurde, zeigt auch das Versprechen und die Schwierigkeit, Stammzellen richtig zu kultivieren und in ein lebendes System einzuführen. In Bezug auf ESCs haben Studien gezeigt, dass sie in dopaminerge Neuronen (Neuronen, die Dopamin übertragen oder durch Dopamin aktiviert werden), spinale Motoneuronen und Oligodendrozyten (nicht-neuronale Zellen, die mit der Bildung von Myelin assoziiert sind) differenziert werden können. In Studien zur Behandlung von Epilepsie wurden aus embryonalen Stammzellen stammende neurale Vorläufer (ESNs) von Mäusen in die Hippocampi chronisch epileptischer Ratten und Kontrollratten transplantiert. Nach der Transplantation wurden keine Unterschiede in den funktionellen Eigenschaften der ESNs gefunden, da alle die für Neuronen charakteristischen synaptischen Eigenschaften aufwiesen. Es bleibt jedoch abzuwarten, ob ESNs in der Lage sind, über längere Zeiträume im epileptischen Hippocampus zu überleben, sich in Neuronen mit den richtigen Hippocampusfunktionen zu differenzieren und Lern- und Gedächtnisdefizite bei chronischer Epilepsie zu unterdrücken. Andererseits wurde bereits beobachtet, dass NSCs überleben und sich bei Ratten in verschiedene funktionelle Formen von Neuronen differenzieren. Es ist jedoch unklar, ob NSCs in geeigneten Mengen in die verschiedenen funktionellen Formen differenzieren können und ob sie ordnungsgemäß mit übererregbaren Neuronen synchronisieren können, um sie zu hemmen und dadurch Anfälle einzudämmen.

Behandlungen für die Parkinson-Krankheit sind ebenfalls vielversprechend und stehen vor ähnlichen Hindernissen. Es wurden klinische Untersuchungen zur Transplantation von menschlichem fötalem mesencephalem Gewebe (Gewebe aus dem Mittelhirn, das Teil des Hirnstamms ist) in die Striata von Parkinson-Patienten durchgeführt. Dieses Gewebe ist jedoch nur begrenzt verfügbar, was die ESC-Transplantation attraktiver macht. In der Tat hat die Forschung bereits gezeigt, dass transplantierbare dopaminerge Neuronen - die Art von Neuronen, die bei der Parkinson-Krankheit betroffen sind - aus ESCs von Mäusen, Primaten und Menschen erzeugt werden können. Der einzige Hauptunterschied zwischen Maus- und Human-ESCs besteht jedoch darin, dass die Differenzierung bei Human-ESCs viel länger dauert (bis zu 50 Tage). Außerdem erfordern Differenzierungsprogramme für humane ESC die Einführung von Tierserum zur Vermehrung, was je nach Land gegen bestimmte medizinische Vorschriften verstoßen kann. Die Forscher müssen auch einen Weg finden, wie ESC-abgeleitete dopaminerge Vorläuferzellen nach der Transplantation für einen längeren Zeitraum überleben können. Schließlich gibt es das Problem der Reinheit von ESC-abgeleiteten Zellpopulationen; Alle Zellen müssen als dopaminerge Vorläuferzellen zertifiziert sein, bevor sie sicher transplantiert werden können. Trotzdem verbessern sich die Differenzierungs- und Reinigungstechniken mit jeder Studie. In der Tat bleibt die Erzeugung großer Banken von reinen und spezifischen Zellpopulationen für die Transplantation beim Menschen ein erreichbares Ziel.