Stammzellen und Regeneration

Wie sich selbst erneuernde Stammzellen Gewebe erhalten und ersetzen, wie das Zellschicksal zurückgesetzt werden kann und wie einige Organismen verlorene Körperteile regenerieren.

Definition

Stammzellen sind Zellen, die sowohl zur Selbsterneuerung als auch zur Differenzierung in einen oder mehrere spezialisierte Zelltypen fähig sind; Regeneration ist das entwicklungsbedingte Nachwachsen oder der Ersatz von verlorenen oder beschädigten Zellen, Geweben oder Körperteilen.

Scope

Dieser Bereich umfasst die Stammzellbiologie – die Eigenschaften der Selbsterneuerung und Potenz, die Unterscheidung zwischen embryonalen und adulten Stammzellen sowie die Stammzellnische – zusammen mit der experimentellen Reprogrammierung differenzierter Zellen, den Mechanismen der Geweberegeneration und -reparatur und wie sich die Regenerationsfähigkeit mit dem Altern verändert. Er stützt sich auf entwicklungsbiologische Prinzipien, um zu erklären, wie Gewebe aufgebaut, erhalten und wiederhergestellt werden.

Sub-topics

• Altern und Entwicklungsrückgang
• Induzierte Pluripotenz und Reprogrammierung
• Stammzellbiologie in der Entwicklung
• Geweberegeneration und -reparatur

Core questions

• Was verleiht Stammzellen die Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Differenzierung?
• Wie unterscheiden sich embryonale und adulte Stammzellen in Potenz und Rolle?
• Kann das Schicksal differenzierter Zellen zurückgesetzt werden, und wie?
• Warum können einige Tiere Organe regenerieren, während andere dies nicht können?

Key theories

Pluripotenz embryonaler Stammzellen

Aus dem frühen Embryo gewonnene Zellen können unbegrenzt vermehrt werden, während sie die Fähigkeit behalten, alle Zelltypen des Körpers zu bilden, wodurch Pluripotenz als ein definierbarer und aufrechterhaltbarer zellulärer Zustand etabliert wird.

Induzierte Reprogrammierung zur Pluripotenz

Ein kleiner definierter Satz von Transkriptionsfaktoren kann eine differenzierte Zelle in einen pluripotenten Zustand zurückverwandeln, was zeigt, dass die Potenz durch regulatorische Inputs gesteuert wird und experimentell wiederhergestellt werden kann.

Mechanisms

Stammzellen halten ein Gleichgewicht zwischen Selbsterneuerung und Differenzierung, oft reguliert durch Signale aus einer umgebenden Mikroumgebung, der Nische, die die Stammzellidentität aufrechterhält und steuert, wann Zellen differenzieren. Die Potenz reicht von pluripotenten embryonalen Stammzellen, die alle Körperzelltypen bilden können, bis zu stärker eingeschränkten adulten (Gewebe-)Stammzellen, die bestimmte Organe erhalten. Differenzierte Zellen sind nicht dauerhaft festgelegt: Die Zufuhr definierter Transkriptionsfaktoren kann sie zur Pluripotenz reprogrammieren, und einige Zellen können transdifferenzieren. Regeneration nutzt Entwicklungsprogramme – Proliferation, Musterbildung und Differenzierung – wieder, um verlorene Strukturen wieder aufzubauen, wobei das Ausmaß der Regenerationsfähigkeit zwischen den Arten stark variiert und tendenziell mit dem Alter abnimmt.

Clinical relevance

Die Stammzellbiologie und Reprogrammierung bilden die Grundlage der regenerativen Medizin, der Krankheitsmodellierung und der Arzneimittelforschung, und das Verständnis der Regeneration beeinflusst Ansätze zur Gewebereparatur. Dieser Eintrag dient der Bildung und bietet keine medizinische oder therapeutische Beratung.

History

Arbeiten an blutbildenden Zellen etablierten das Konzept der Stammzelle; die Gewinnung menschlicher embryonaler Stammzellen im Jahr 1998 machte pluripotente menschliche Zellen für die Forschung verfügbar, und die Induktion von Pluripotenz aus differenzierten Zellen im Jahr 2006 revolutionierte das Feld und wurde mit einem Nobelpreis gewürdigt.

Key figures

• James Thomson
• Shinya Yamanaka
• John Gurdon
• Ernest McCulloch
• James Till

Seminal works

• thomson1998
• takahashi2006
• gilbert2016

Frequently asked questions

Was macht eine Zelle zu einer Stammzelle?

Eine Stammzelle kann sich sowohl durch Teilung selbst erneuern als auch spezialisiertere Zelltypen hervorbringen, wodurch sie ein Gewebe erhalten oder auffüllen kann.

Warum können einige Tiere verlorene Gliedmaßen nachwachsen lassen und andere nicht?

Regeneration beruht auf der Reaktivierung von Entwicklungsprogrammen; Arten unterscheiden sich darin, wie leicht ihre Zellen wieder in diese Programme eintreten können, daher variiert die Regenerationsfähigkeit im Tierreich stark.