Neurale Stammzelle, weitgehend undifferenzierte Zelle, die aus dem zentralen Nervensystem stammt. Neurale Stammzellen (NSCs) haben das Potenzial, Nachkommenzellen hervorzubringen, die wachsen und sich in Neuronen und Gliazellen (nicht-neuronale Zellen, die Neuronen isolieren und die Geschwindigkeit, mit der Neuronen Signale senden, erhöhen) differenzieren.
Jahrelang dachte man, dass das Gehirn ein geschlossenes, festes System sei. Selbst der berühmte spanische Neuroanatom Santiago Ramón y Cajal, der 1906 den Nobelpreis für Physiologie für die Etablierung des Neurons als grundlegende Zelle des Gehirns erhielt, kannte während seiner ansonsten bemerkenswerten Karriere die Mechanismen der Neurogenese (die Bildung von Nervengewebe) nicht. In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts gab es nur eine Handvoll Entdeckungen, hauptsächlich bei Ratten, Vögeln und Primaten, die auf die Regenerationsfähigkeit von Gehirnzellen hindeuteten. Jahrhunderts, die auf die Regenerationsfähigkeit von Gehirnzellen hindeuteten. In dieser Zeit gingen die Wissenschaftler davon aus, dass das Gehirn, sobald es geschädigt ist oder sich zu verschlechtern beginnt, keine neuen Zellen regenerieren kann, wie dies bei anderen Zelltypen, z. B. Leber- und Hautzellen, der Fall ist. Die Erzeugung neuer Gehirnzellen im erwachsenen Gehirn galt als unmöglich, da sich eine neue Zelle niemals vollständig in das bestehende komplexe System des Gehirns integrieren könnte. Erst 1998 wurden NSV beim Menschen entdeckt, und zwar zunächst in einer Hirnregion, dem Hippocampus, von dem bekannt war, dass er bei der Bildung von Erinnerungen eine wichtige Rolle spielt. Später wurde festgestellt, dass NSV auch im Riechkolben (einem Bereich, der Gerüche verarbeitet) aktiv sind und im Septum (einem Bereich, der Emotionen verarbeitet), im Striatum (einem Bereich, der Bewegungen verarbeitet) und im Rückenmark ruhen und inaktiv sind.
Heute untersuchen Wissenschaftler Arzneimittel, die ruhende NSV aktivieren könnten, falls die Bereiche, in denen sich die Neuronen befinden, beschädigt werden. Andere Forschungsrichtungen versuchen herauszufinden, wie man NSCs in geschädigte Bereiche transplantieren und sie dazu bringen kann, in geschädigte Bereiche zu wandern. Wieder andere Stammzellenforscher versuchen, Stammzellen aus anderen Quellen (z. B. Embryonen) zu entnehmen und diese Zellen so zu beeinflussen, dass sie sich zu Neuronen oder Gliazellen entwickeln. Die umstrittensten dieser Stammzellen sind die aus menschlichen Embryonen gewonnenen, die zur Gewinnung der Zellen zerstört werden müssen. Wissenschaftler konnten induzierte pluripotente Stammzellen erzeugen, indem sie erwachsene somatische Zellen (Körperzellen, mit Ausnahme von Spermien und Eizellen) durch die Einführung bestimmter regulatorischer Gene umprogrammierten. Die Erzeugung reprogrammierter Zellen erfordert jedoch die Verwendung eines Retrovirus, so dass diese Zellen das Potenzial haben, schädliche, krebserregende Viren in Patienten einzuschleusen. Embryonale Stammzellen (ESZ) besitzen ein erstaunliches Potenzial, da sie sich in jede Art von Zelle verwandeln können, die im menschlichen Körper vorkommt, aber es sind weitere Forschungen erforderlich, um bessere Methoden zur Isolierung und Erzeugung von ESZ zu entwickeln.
Die Heilung von Schlaganfällen ist ein Forschungsbereich, in dem viel über das Versprechen und die Komplexität der Stammzelltherapie herausgefunden wurde. Es gibt zwei Hauptansätze für die Stammzelltherapie: den endogenen Ansatz und den exogenen Ansatz. Der endogene Ansatz beruht auf der Stimulierung adulter NSV 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, der tief in den Gehirnhälften liegt), im Neokortex (der äußeren Dicke der stark gefalteten Großhirnrinde) und im Rückenmark. In Rattenmodellen wurden nach Schlaganfällen Wachstumsfaktoren (zellwachstumsvermittelnde Substanzen) wie der Fibroblasten-Wachstumsfaktor 2, der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor, der aus dem Gehirn stammende neurotrophe Faktor und Erythropoietin verabreicht, um die Neurogenese anzuregen oder zu verstärken und so die Hirnschädigung aufzuhalten und die funktionelle Erholung zu fördern. Der vielversprechendste Wachstumsfaktor in den Rattenmodellen war Erythropoietin, das die Proliferation neuraler Vorläuferzellen fördert und nachweislich die Neurogenese und funktionelle Verbesserung nach einem embolischen Schlaganfall bei Ratten anregt. Es folgten klinische Studien, in denen Erythropoietin einer kleinen Gruppe von Schlaganfallpatienten verabreicht wurde, die schließlich dramatische Verbesserungen im Vergleich zu Personen in der Placebogruppe zeigten. Erythropoetin hat sich auch bei Patienten mit Schizophrenie und Multipler Sklerose als vielversprechend erwiesen. Allerdings müssen weitere Studien an größeren Patientengruppen durchgeführt werden, um die Wirksamkeit von Erythropoietin zu bestätigen.
Exogene Stammzelltherapien beruhen auf der Extraktion, In-vitro-Kultivierung und anschließenden Transplantation von Stammzellen in die vom Schlaganfall betroffenen Gehirnregionen. Studien haben gezeigt, dass erwachsene NSV aus dem Gyrus dentatus, dem Hippocampus, der Großhirnrinde und der subkortikalen weißen Substanz (Schicht unterhalb der Großhirnrinde) gewonnen werden können. Tatsächliche Transplantationsstudien wurden an Ratten mit Rückenmarksverletzungen durchgeführt, wobei Stammzellen verwendet wurden, die aus der subventrikulären Zone (Bereich unter den Wänden der mit Flüssigkeit gefüllten Hirnhöhlen oder Ventrikel) des erwachsenen Gehirns entnommen worden waren. Glücklicherweise führte die Biopsie nicht zu funktionellen Defiziten. Es gibt auch Studien an Ratten, in denen WSZ oder fötale neurale Stammzellen und Progenitorzellen (undifferenzierte Zellen; ähnlich wie Stammzellen, aber mit geringerer Differenzierungsfähigkeit) in durch einen Schlaganfall geschädigte Hirnregionen transplantiert wurden. In diesen Studien differenzierten sich die transplantierten NSCs erfolgreich in Neuronen und Gliazellen, und es kam zu einer gewissen funktionellen Erholung. Der größte Nachteil exogener Therapien besteht jedoch darin, dass die Wissenschaftler die zugrundeliegenden 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 Vermehrung, Migration, Differenzierung und das Überleben der NSV und ihrer Nachkommen kontrollieren können. Dies ist darauf zurückzuführen, dass NSV teilweise durch die spezialisierte Mikroumgebung oder Nische, in der sie sich befinden, reguliert werden.
Es wurden auch hämatopoetische Stammzellen (HSZ) erforscht, die sich normalerweise in Blutzellen differenzieren, aber auch in neurale Linien transdifferenziert werden können. Diese HSZ sind im Knochenmark, im Nabelschnurblut und in peripheren Blutzellen zu finden. Interessanterweise hat man festgestellt, dass diese Zellen durch bestimmte Arten von Schlaganfällen spontan mobilisiert werden und auch durch Granulozyten-Kolonie-stimulierenden Faktor (G-CSF) weiter mobilisiert werden können. Studien mit G-CSF an Ratten haben gezeigt, dass er zu einer funktionellen Verbesserung nach einem Schlaganfall führen kann, und klinische Versuche am Menschen erscheinen vielversprechend. Auch exogene Studien mit HSZ wurden an Ratten durchgeführt. In einigen Studien wurden die HSZ lokal am Ort der Schädigung verabreicht, in anderen Studien wurden sie systemisch durch intravenöse Transplantation verabreicht. Das letztgenannte Verfahren ist einfach praktikabler, und die wirksamsten HSZ scheinen aus dem peripheren Blut zu stammen.
Die Forschungsarbeiten zu Stammzelltherapien für Epilepsie und Parkinson zeigen auch, wie vielversprechend und wie schwierig es ist, Stammzellen richtig zu kultivieren und in ein lebendes System einzuführen. Was die WSZ betrifft, so haben Studien gezeigt, dass sie sich in dopaminerge Neuronen (Neuronen, die Dopamin übertragen oder durch Dopamin aktiviert werden), spinale Motoneuronen und Oligodendrozyten (nichtneuronale Zellen, die an der Bildung von Myelin beteiligt sind) differenzieren können. In Studien zur Behandlung von Epilepsie wurden aus embryonalen Stammzellen der Maus gewonnene neurale Vorläufer (ESN) in den Hippocampus von chronisch epileptischen Ratten und Kontrollratten transplantiert. Nach der Transplantation wurden keine Unterschiede in den funktionellen Eigenschaften der ESNs festgestellt, da sie alle die für Neuronen charakteristischen synaptischen Eigenschaften aufwiesen. Es bleibt jedoch noch abzuwarten, ob ESNs die Fähigkeit haben, über längere Zeit 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 bei Ratten überleben und sich in verschiedene funktionelle Formen von Neuronen differenzieren. Es ist jedoch unklar, ob sich NSCs in angemessener Menge in die verschiedenen Funktionsformen differenzieren können und ob sie richtig mit übererregbaren Neuronen synapsen können, um diese zu hemmen und so die Anfälle einzudämmen.
Encyclopædia Britannica, Inc.
Auch die Behandlung der Parkinson-Krankheit ist vielversprechend und steht vor ähnlichen Hindernissen. In der klinischen Forschung wurde menschliches fötales mesencephales Gewebe (Gewebe aus dem Mittelhirn, das einen Teil des Hirnstamms bildet) in die Striata von Parkinson-Patienten transplantiert. Dieses Gewebe ist jedoch nur begrenzt verfügbar, was die Transplantation von WSA 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 WSA von Mäusen, Primaten und Menschen erzeugt werden können. Der größte Unterschied zwischen Maus und menschlicher WSA besteht jedoch darin, dass menschliche WSA viel länger brauchen, um sich zu differenzieren (bis zu 50 Tage). Außerdem erfordern die Differenzierungsprogramme für menschliche WSZ zur Vermehrung die Zugabe von Tierserum, was je nach Land gegen bestimmte medizinische Vorschriften verstoßen kann. Die Forscher müssen auch einen Weg finden, dopaminerge Vorläuferzellen, die aus ESC stammen, dazu zu bringen, nach der Transplantation über einen längeren Zeitraum zu überleben. Schließlich stellt sich die Frage nach der Reinheit der aus der WSA stammenden Zellpopulationen; alle Zellen müssen als dopaminerge Vorläuferzellen zertifiziert sein, bevor sie sicher transplantiert werden können. Dennoch werden die Differenzierungs- und Reinigungstechniken mit jeder Studie besser. In der Tat bleibt die Schaffung großer Datenbanken mit reinen und spezifischen Zellpopulationen für die Transplantation beim Menschen ein erreichbares Ziel.