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Regeneration im Zentralen Nervensystem: Das Potential der Stammzellen

Regeneration im Zentralen Nervensystem: Das Potential der Stammzellen, Inselspital Bern

Das Zentrale Nervensystem hat, im Gegensatz zu vielen anderen Geweben, nur ein limitiertes Regenerationspotential. Reife Nervenzellen die zugrunde gegangen sind, regenerieren nicht, und obwohl neuronale Stammzellen sogar im adulten Zentralen Nervensystem vorhanden sind, haben diese nur eine limitierte Kapazität nach Verletzungen neue, funktionell aktive Nervenzellen zu generieren.
Aus diesem Grund besteht grosses Interesse an der Möglichkeit, das Nervensystem zu reparieren, indem neue Zellen transplantiert werden, welche die durch Verletzung oder Krankheit verloren gegangenen Zellen ersetzen können.
Für viele neurologische Defizite bei Erkrankungen oder Verletzungen des Zentralen Nervensystems besteht zurzeit keine geeignete Therapie- bzw. Heilungsmöglichkeit wie zum Beispiel beim Morbus Parkinson, der Chorea Huntington, Epilepsie, nach Schlaganfällen und Rückenmarksverletzungen. Die Transplantation erscheint aus heutiger Sicht die am meisten erfolgversprechende Therapieform darzustellen.

Bedingt durch die hoch komplizierte Architektur des Gehirns und die komplexen Verbindungen der einzelnen Hirnregionen werden bei Zellersatzstrategien im Nervensystem unreife Vorläuferzellen verwendet, welche sich in die bestehenden Strukturen einbauen müssen und sich erst dort ausdifferenzieren, das heisst zur Ausreifung gelangen. Dies steht im Gegensatz zur Transplantation ganzer Organe wie zum Beispiel Niere, Leber oder Herz.

Beim Morbus Parkinson (Fig. 1) ist die Transplantation embryonaler Zellen bereits in klinischer Anwendung. Neuronale Vorläuferzellen kommen vorwiegend ährend der Entwicklung des Nervensystems vor, daher wurde in den bisherigen Transplantationen humanes, fötales Abortgewebe verwendet.

Fig. 1

Legende Figur 1 Beim Morbus Parkinson sterben die Zellen der schwarzen Substanz ab (Substantia nigra), infolgedessen fehlt im Striatum (oder auch Streifenkörper genannt) der Botenstoff Dopamin, was zu einer verminderten Aktivierung der Hirnrinde (Cortex) führt. Die Transplantation embryonaler, dopaminproduzierender Nervenzellen (TX) bewirkt eine Wiederherstellung der Aktivierung der Hirnrinde, nach Björklund und Lindvall, Nature Neurosci. Vol.3 (no. 6, 537 pp) 2000.

Die Verwendung fötalen Gewebes birgt jedoch zahlreiche Probleme. So wird zum Beispiel für eine Transplantation das Gewebe mehrerer Föten benötigt, um eine klinische Verbesserung des Krankheitsbildes zu erhalten. Dies ist nicht nur aus ethischer Sicht kontrovers, sondern stellt auch durch die limitierte Verfügbarkeit des humanen Abortgewebes ein 'logistisches' Problem dar.
Daher wird die neuronale Transplantation in dieser Form experimentell bleiben und nicht auf eine grössere Zahl von Patienten anwendbar sein. Deshalb werden alternative Ressourcen gesucht, welche sicher, effektiv und ethisch vertretbar sind. Dies macht die Stammzellforschung und deren möglichen Anwendungen bei neurodegenerativen Krankheiten und Hirn- und Rückenmarksverletzungen speziell interessant.
Da bei den oben erwähnten Krankheiten verschiedene Zellpopulationen betroffen sind, muss für eine erfolgversprechende Transplantation das jeweilige, spezifische Zellspektrum ersetzt beziehungsweise generiert werden. Die besten Chancen für die erfolgreiche Anwendung von Stammzellen bei Transplantationen ins Nervensystem sieht man zurzeit bei Krankheitsbildern, welche hauptsächlich durch einen definierten Mechanismus bedingt sind, wie zum Beispiel das nigro-striatale System beim Morbus Parkinson. Verschiedene Anätze, diese dopaminergen Nervenzellen herzustellen, wurden bereits angegangen (Fig. 2).

Fig. 2

Legende Figur 2
Im Falle der dopaminproduzierenden Nervenzellen existieren zurzeit drei verschiedene Ansätze, ausgehend von unreifen Vorläuferzellen. Dopaminerge Nervenzellen können entweder durch Immortalisierung, Expansion über Neurosphären oder durch direkte Proliferierung gewonnen werden, nach Björklund und Lindvall, Nature Neurosci. Vol. 3 (no. 6, 537 pp) 2000.

Die Stammzelltechnologie verspricht somit eine erfolgreiche Strategie für eine breite klinische Anwendung bei neurologischen Krankheitsbildern darzustellen. Es sei hier explizit erwähnt, dass noch viel über den Mechanismus der Zelldifferenzierung, Regenerierung und der Physiologie dieser biologischen Vorgänge verstanden werden muss, bevor eine stammzellbasierende Therapieform klinisch routinemässig eingesetzt werden kann. Die Komplexität dieser biologischen Probleme sollte keinesfalls unterschätzt werden, und jeder Fortschritt sollte kritisch hinterfragt werden.