Stammzellen - Eine kurze Einführung

Diese Präsentation soll eine Hilfe für Wissenschaftler, Dozenten und Wissenschafts-vermittler 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.

Sehr geehrter Sprecher…

Notizen für ReferentenJede 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 & MaterialDer 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

InhaltGrundlagen der Stammzellbiologie: Für Schüler ab 16 Jahren oder Erwachsene mit

keinem oder wenig HintergrundwissenKlonen & Klonieren: Für Erwachsene mit keinem oder wenig Hintergrundwissen,

einführende Folien für Schüler ab 16 JahrenStammzellbiologie im Detail: Für informierte fachfremde Personen, z.B. Ärzte und

Wissenschaftler aus anderen Fachgebieten.

Grundlagen der Stammzellbiologie

Eine Lebensgeschichte…

Stammzelle

Was ist eine Stammzelle?

Stammzelle

Selbsterneuerung(Kopieren)

Spezialisierte Zellez.B. Muskelzelle, Nervenzelle

Differenzierung(Spezialisierung)

Was ist eine Stammzelle?

Identische Stammzellen

Stammzelle

Selbsterneuerung(Kopieren)

Stammzelle

Spezialisierte Zelle

Differenzierung(Spezialisierung)

1 Stammzelle

Selbsterneuerung – Erhältden Stammzellbestand

4 spezialisierte Zellen

Differenzierung – ersetzt tote oder beschädigte Zellen ein Leben lang

Warum selbsterneuern UND differenzieren?1 Stammzelle

Wo findet man Stammzellen?

Embryonale Stammzellen

Blastozyste – ein sehr früher Emryo

GewebestammzellenFötus, Baby und ein Leben lang

Arten von Stammzellen:1) Embryonale Stammzellen

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Wo wir sie finden

Blastozyste

Äußere Zellschicht= ‘Trophektoderm’

Zellen im Inneren = ‘innere Zellmasse’

Embryonale Stammzellen entnommen aus der inneren Zellmasse

Kultur im Labor, um mehrZellen herzustellen

Flüssigkeit mit Nährstoffen

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Was sie können

Embryonale Stammzellen

PLURIPOTENT

Alle möglichen Arten von spezialisierten Zellen

Differenzierung

Nerven-zellen

Kultur unter Bedingung B

Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Herausforderungen

Embryonale Stammzellen

Haut

Kultur unter Bedingung A

Blut

Kultur unter Bedingung C

Leber

Kultur unter Bedingung D

?

Arten von Stammzellen2) Gewebestammzellen

Gewebestammzellen:Wo wir sie finden

Muskeln

Haut

Oberfläche des Auges Gehirn

Brust

Darm

Knochenmark

Hoden

Gewebestammzellen:Was sie können

MULTIPOTENT

Blutstammzelle

Zu finden im Knochenmark

Differenzierung

Nur spezialisierte Zelltypen:Rote & weiße Blutkörperchen,

Blutplättchen

Arten von Stammzellen3)Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)

Körperzelle

‘genetische Reprogrammierung’= Hinzufügen bestimmter Gene zu der Zelle

Induzierte pluripotente Stammzelle (iPS-Zelle)

Verhält sich wie eine embryonale Stammzelle

Vorteil: keine Embryos benötigt! Alle möglichen Arten von spezialisierten Zellen

Kultur von iPS-Zellen im Labor

Differenzierung

Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)

Körperzelle (Haut)

genetische Reprogrammierung

Pluripotente Stammzelle(iPS)

Differenzierung

Knochen

NervengewebeKnorpel

Haut

Muskel

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 Zellenbilden, aber nicht alle ZelltypenGewebestammzellen sind multipotent

Klonen & Klonieren

Klonen & KlonierenEs gibt zwei SEHR unterschiedliche Arten des Klonens:

Reproduktives Klonen

Zur Herstellung von 2 identischen Individuen

Sehr schwierig durchzuführen

Illegal beim Menschen

Molekulares Klonen (Klonieren)

Zum Verstehen, welche Funktion einbestimmtes Gen hat

Routine in biologischen Labors

gene 1

gene 2

Reproduktives Klonen

Entfernen des Zellkernsund Verwendung der

restlichen Zelle

Eizelle

Entnahme des Zellkerns (enthält die DNS)

Körperzelle

KlonIdentisch zu dem Individuum, aus dem der Zellkern kommt

Das Schaf Dolly

Molekulares Klonen: Mechanismen

Gen 1

Gen 2

2) Herstellung eines neuen DNS-Stückes

Gen 1

Gen 2

1) Entnahme der DNS aus dem Zellkern

Zelle 1 Zelle 2

Gen 1 Gen 2

3) Einfügen der neuen DNS in eine Testzelle und Anfertigung von Kopien

Gen 1

Zellen teilen sich

Tochterzellen habengleiche DNS

Gene 1 & 2 wurden geklont (kloniert)

Gen 2

Einfügen der neuen DNS

Molekulares Klonen: Anwendungen

NormalerMausembryo

Gen A fehlt

Entfernen eines Gens um zu sehen, ob irgendetwas anders ist

Funktionsverlust(“loss of function“)

Gen spielt eine Rolle beiFestlegung der Augenfarbe

Auge

ReportergenHinzufügen eines Gens,

das uns zeigt, ob ein anderes Gen aktiv ist

Gen ist nur in den blauen Bereichen aktiv

Verfolgung der Abstammung von Zellen

Markieren einer Gruppevon Zellen um zu sehen, wo die Tochterzellen sind

Gen wird an Zellen überallIm Körper weitergegeben

Stammzellbiologie im Detail

Gewebestammzellen und Hierarchien

Gewebestammzellen:Mechanismen der Gewebeerneuerung

Stammzelle

Vorbestimmte Vorläufer:- “sich vorübergehend rasch

vermehrende Zellen”(“transient amplifying cells”)

- multipotent- teilen sich sehr schnell

- keine Selbsterneuerung

Stammzelle:- Selbsterneuerung

- teilt sich wenig- großes Potenzial

- selten Spezialisierte Zellen:

- arbeiten- keine Teilung

Gewebestammzellen:Hämatopoetische Stammzellen (HSZ)

HSZ

Vorbestimmte Vorläufer

Neutrophile

NK-Zelle

Erythrozyten

Dendritische Zelle

PlättchenMegakaryozyt

Makrophage

Eosinophile

Basophile

B-Zelle

T-Zelle

Spezialisierte Zellen

Knochenmark

Gewebestammzellen:Neurale Stammzellen (NSZ)

NSZ

GehirnVorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

Nervenzellen

Interneurone

Oligodendrozyten

Typ 2 Astrozyten

Typ 1 Astrozyten

Gewebestammzellen:Darmstammzellen (DSZ)

DSZ

DünndarmVorbestimmte Vorläufer

Paneth-Zellen

Enterozyten(Saumzellen)

Becherzellen

Endokrine Zellen

Spezialisierte Zellen

Gewebestammzellen:Mesenchymale Stammzellen (MSZ)

MSZ

Knochenmark

Vorbestimmte Vorläufer

Knochen (Osteoblasten)

Knorpel (Chondrozyten)

Fett (Adipozyten)

Spezialisierte Zellen

Das zu Hause der Stammzellen: Die Stammzellnische

Stammzellnischen

Direkter Kontakt Gelöste Faktoren Intermediär-Zelle

Stammzelle

Nische

NischeMikroumgebung von Stammzellen, die den Erhaltder Zellen ermöglicht und Signale aussendet, die Selbsterneuerung und Differenzierung steuern

QuellenBildquellenVielen Dank an die folgenden Personen für die Erlaubnis, ihre Abbildungen zu verwenden:

Folie 17, iPS-Zellen: Keisuke Kaji, Universität Edinburgh, GroßbritannienFolie 27, Blutzellen-Abbildung: Jonas Larsson, Lund Universität, SchwedenFolie 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.

DanksagungUnserer 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.