Knochenmarkstruktur und Hämatopoese

Das Knochenmark ist das weiche Gewebe, das die Knochenhöhlen ausfüllt und nach der Geburt der Hauptort der Blutzellenbildung ist. Innerhalb eines Netzwerks aus Stromazellen, Sinusgefäßen und extrazellulärer Matrix bilden hämatopoetische Stammzellen durch den Prozess der Hämatopoese alle erythroiden, myeloiden und lymphoiden Blutlinien.

Definition

Knochenmark ist das hämatopoetische und stromale Gewebe in den Knochenhöhlen, in dem hämatopoetische Stammzellen, unterstützt durch eine spezialisierte Nische, proliferieren und sich zu den zellulären Bestandteilen des Blutes differenzieren.

Scope

Dieses Thema behandelt die histologische Organisation des Knochenmarks, das Konzept der hämatopoetischen Stammzelle und ihrer Nische sowie den allgemeinen Weg der Blutzellproduktion. Es handelt sich um eine strukturelle und zellbiologische Übersicht; Diagnose oder Behandlung von Knochenmarkerkrankungen oder Transplantationspraxis werden nicht behandelt.

Core questions

• Wie ist das Knochenmark histologisch organisiert?
• Was ist eine hämatopoetische Stammzelle und wie wird sie definiert?
• Wie reguliert die Knochenmarkmikroumgebung (Nische) Stammzellen?
• Wie entstehen Blutlinien aus einem gemeinsamen Vorläufer?

Key concepts

• Selbstverjüngung und Multipotenz hämatopoetischer Stammzellen
• Die stromale/vaskuläre Nische
• Stammzellruhe und -aktivierung
• Sinusoidale Gefäße und Zellfreisetzung ins Blut
• Myeloide und lymphoide Differenzierungshierarchie
• Rotes (aktives) versus gelbes (fettiges) Knochenmark

Mechanisms

Das Knochenmark beherbergt hämatopoetische Stammzellen in einer Nische aus Stromazellen, Blutgefäßen und Matrix, die kontrolliert, ob sie ruhend bleiben oder proliferieren. Diese Stammzellen erneuern sich selbst und bilden zunehmend determinierte Vorläufer der erythroiden, myeloiden und lymphoiden Linien, eine sich entwickelnde Hierarchie, die von Orkin und Zon beschrieben wurde. Einzelne menschliche Zellen mit langfristiger Multilinien-Engraftment wurden prospektiv isoliert, was die Stammzelle als diskrete Entität bestätigt, und Lineage-Tracing-Arbeiten zeigen, dass die meisten Stammzellen tief ruhend sind, aber unter Stress reversibel zu aktiver Teilung wechseln können. Reife Zellen verlassen das Knochenmark durch die dünnwandigen Marksinusoide in den Kreislauf.

Clinical relevance

Die Knochenmarkarchitektur und das Stammzellkonzept sind die Grundlage für die Interpretation von Knochenmarkaspiraten und -biopsien sowie für die Begründung der hämatopoetischen Transplantation. Als Referenzthema beschreibt dies die normale Knochenmarkstruktur und die Biologie der Blutzellbildung; es ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

History

Die Vorstellung, dass eine einzige multipotente Zelle alle Blutlinien aufrechterhält, entwickelte sich aus Transplantations- und Koloniebildungs-Experimenten Mitte des 20. Jahrhunderts und reifte zum modernen Konzept der hämatopoetischen Stammzelle. Die prospektive Isolierung einzelner menschlicher Stammzellen mit dauerhafter Multilinienproduktion und der Nachweis der reversiblen Stammzellruhe verfeinerten dieses Bild, während die Erkenntnis einer regulatorischen Knochenmarknische die Hämatopoese als Eigenschaft von Zellen in ihrer Mikroumgebung neu definierte.

Debates

Wie hierarchisch ist die Hämatopoese?

Der klassische schrittweise Baum von einer einzelnen Stammzelle über feste intermediäre Vorläufer wurde durch Einzelzellstudien in Frage gestellt, die eine kontinuierlichere und heterogenere Differenzierung nahelegen, und die genaue Struktur der Hierarchie bleibt Gegenstand der Diskussion.

Key figures

• Stuart Orkin
• Sean Morrison
• David Scadden
• John Dick
• Andreas Trumpp

Seminal works

• orkin-zon-2008
• notta-2011
• morrison-scadden-2014

Frequently asked questions

Was ist eine hämatopoetische Stammzelle?

Es ist eine seltene Knochenmarkzelle, die sich sowohl selbst erneuern als auch alle Blutlinien bilden kann; einzelne solcher menschlichen Zellen wurden isoliert und es wurde gezeigt, dass sie eine langfristige, multilineare Blutbildung rekonstituieren können.

Was ist die Knochenmarknische?

Die Nische ist die lokale Mikroumgebung aus Stromazellen, Blutgefäßen und Signalen, die hämatopoetische Stammzellen umgibt und reguliert, ob sie ruhend bleiben oder sich teilen.