Viabilität und Charakterisierung von Stammzellen R.G. Turan Bone Marrow Nerve Cells Heart Muscle Cells Pancreatic Islet Cells

Was sind Stammzellen ? Wie kann man sie gewinnen ? Wie kann man sie nutzen ?

STAMMZELLEN… „Relatively undifferentiated cells of the same lineage that retain the ability to divide and cycle throughout postnatal life to provide cells that can become specialized and take the place of those that die or are lost.“ (NCBI MESH Definition, 1984) Relativ undifferenzierte derselben Linie, welche auch nach der Geburt die Fähigkeit behalten haben, sich zu teilen und einen Zyklus zu durchlaufen. In diesem Zyklus entstehen Zellen, welche sich spezialisieren und verlorene Zellen ersetzen können.

Eigenschaften von Stammzellen Können alle Zellarten formen Können sich selbst erhalten Können Gruppen von Zellarten formen

Von einer Zelle zum Organismus Bone Marrow Nerve Cells Heart Muscle Cells Pancreatic Islet Cells

Warum Stammzellen? „Um das Leben der Menschen zu verlängern“ (Individiuum/Spezies) Organregeneration Organreparatur Organersatz Klonen

Embryonale Stammzellen Neonatale Stammzellen Fetale Stammzellen Neonatale Stammzellen Adulte Stammzellen

STAMMZELLEN Zellzahl Fähigkeiten Befruchtete Eizelle (Zygote) bildet einen kompletten funktionsfähigen Organismus Vorkommen: nach der Befruchtung Embryonale Stammzellen können einen Verbund von Organsystemen bilden Vorkommen: Blastozyten, Keimblätter Fetale Stammzellen können Organsysteme bilden Vorkommen: Organanlagen Neonatale Stammzellen Blutbildung und weitere Fähigkeiten Vorkommen: : Nabelschnurblut Adulte Stammzellen Vorkommen: : KM, PB, Haut, Gehirn, Leber, ... Zellzahl Fähigkeiten

Embryonale Stammzellen

Therapeutisches Klonen

Embryonale Stammzellen Vorteile: Nachteile: Können beliebige Körperzellen formen Differenzierungsprozess ist schwer zu kontrollieren Unsterblich als Zelllinie Eventuelle Abstoßung durch Empfänger (nicht autolog) Gewinnung einfach, aus überflüssigen Embryos bei der in-vitro-Befruchtung Ethische Probleme bei Gewinnung

Neonatale Stammzellen

Neonatale Stammzellen Leukämie Diabetes ? Parkinson ? Hautersatz ? Rheuma ? Schlaganfall ? Myokardinfarkt Krebs ?

Neonatale Stammzellen Vorteile: Nachteile: Einfach und risikolos zu gewinnen Nur bei der Geburt zu gewinnen Nur begrenzte Menge Keine ethischen Probleme Autolog und heterolog einsetzbar Weniger Plastizität als embryonale Stamm-zellen Meist frei von Viren Frei von Tumorzellen

Adulte Stammzellen Definition Adulte Stammzellen sind undifferenzierte Zellen, die in differenzierten Geweben erwachsener Organismen vorkommen und dort gewebespezifische Zellen und neue adulte Stammzellen bilden. Quellen sind Knochenmark, Blut, Hornhaut und Netzhaut des Auges, Gehirn, Skelett-muskeln, Zahnmark, Leber, Haut, Darmwand und Bauchspeicheldrüse.

Adulte Stammzellen Plastizität …Fähigkeiten von adulten Stamm-zellen, die aus einem Gewebe gewonnen wurden, Zellen eines anderen Gewebe zu bilden

Adulte Stammzellen Gewinnung KM-Biopsie PB

Adulte Stammzellen Vorteile: Nachteile: Mehrfach zu gewinnen Infektionsrisiko Große Zellzahl Allogene Abstoßung Ethisch unbedenklich Können sich begrenzt vermehren Bessere Kontrolle als ES

Detektion von Stammzellen CD34 CD133 CD34+CD38- CD34+Sca1+Lin- Thy-1 Nestin SSEA-3 SSEA-4 BMPR …..

Detektion von Stammzellen FACS

Migration without chemokine Migrationsassay Migration without chemokine blood or bone marrow Migration with SDF Migration with VEGF Isolation of MNCs 3x106 Cells/ml Mononucleare cells

Colony Forming Unit (CFU) blood or bone marrow after Incubation (14 days) CFU (granulozyten and macrophages) Isolation of MNCs 1x105 Cells/ml CFU (erythrozytes) Mononucleare cells Methylcellulose

Mobilisierung von Stamm- und Progenitorzellen aus dem Knochenmark

Myocardial regeneration Mobilisation of BM-cEPCs in PB Bone marrow (BM) Myocardial regeneration Acute Myocardial Infarction (AMI) Mobilisation nach AMI von KM ins PB Altersabhängig Mehrere Faktoren wie CVRF, Infarktgröße, Entzündungs-parameter (CRP, Leuk.) Positiver Einfluss auf die Mobilisation der Stammzellen durch regelmäßige körperliche Aktivität

Applikationsformen bei der Zelltherapie der koronaren Herzerkrankung

Koronare Zelltherapie bei AMI BMC (50 ml) vs EPC (250 ml) vs Kontrolle Referenz Strauer et al. (Circ 2000) (AHA 2003)* Assmus et al. (JACC 2004)* Wollert et al. Zelltyp BMC (40 ml) vs Kontrolle BMC (50 ml) vs EPC (250 ml) vs Kontrolle BMC vs Kontrolle Pat. (n) 10 40 20 59 60 Effekte Hypokinetisches Areal  Kontraktilität Infarktregion  (LVA) Endsystol. Volumen  (LVA) Perfusion  (TI-Szintigraphie) Globale + regionale EF  (LVA, MRT, Echo) Endsystol. Volumen  Vitalität  (PET, MRT) Koronare Flussreserve  (i.c. Doppler) Globale EF  (MRT) *aktualisierte Anzahl an Patienten, Scientific Sessions, AHA, 2003

Zelltherapie: Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie Referenz Interventionell (AHA 2004)* Perkutan-interventionell Tse et al. Fuchs et al. Perin et a. Zelltyp BMC (40 ml) vs Kontrolle BMC (40 ml) BMC BMC vs Kontrolle Pat. (n) Intrakoronare Injektion 20 Intramyokardiale Injektion (NOGA) 8 10 14 Effekte Endsystol. Volumen  (LVA) Perfusion  (TI-Szintigraphie) Regionale Wandbewegung und Dickenzunahme  (LVA) Stress-induzierte Ischämie  (MRT) Globale EF  (LVA, Echo) Endsystol. Volumen 

Zelltherapie: Patienten mit pAVK A. femoralis communis M. quadriceps femoris M. gastrocnemius

Zelltherapie: Patienten mit pAVK O2-Sättigung in 12 mm Tiefe 57 53 67 64 10 20 30 40 50 60 70 80 Oberschenkel Unterschenkel p=0,008 p=0,012 Knöchel-Arm-Index 0,7 0,6 0,8 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,9 in Ruhe nach Belastung p=0,012 p=0,008 Venenverschlußplethysmographie 2 5 2,7 6,7 1 3 4 6 7 8 Arterielle Ruhedurchblutung Reaktive Hyperämie ml/100ml Gewebe/min p=0,008 p=0,011 vor Transplantation 2,2 ± 0,4 Monate nach Transplantation vor Transplantation 2,2 ± 0,4 Monate nach Transplantation Totale Gehstrecke (Laufband, 12% Steigung, 2 km/h) 122 424 50 100 150 200 250 300 350 400 450 Gehstrecke Meter p=0,005

Schwere Autoimmunerkrankungen Aussicht auf Heilung durch Stammzellen Diabetes Typ I H. Zulewski, Ther Umschau 2002 Multiple Sklerose Fassas, J Neurol 2002 Morbus Crohn www.pr.uni-freiburg.de Rheumatoide Arthritis R. Verburg, Arthritis Rheum 2001 Lupus erythematosus N.M. Wulffrath, Arthritis Rheum 2001

Mögliche Einsatzgebiete der Zelltherapie Nervenzellen: Schlaganfall, multiple Sklerose, Alzheimer, Parkinson, etc. Endothelzellen: Arteriosklerose, ischämische Bereiche des Gehirns, Schlaganfall, etc. Kardiomyozyten: Herzinfarkt, chronische Herzerkrankung Fibrolasten und Keratinozyten: Wundkrankheiten, Hautverbrennungen Chondrozyten: Osteoarthritis oder rheumatischer Arthritis

Time Line Stroke/Parkinson Diabetes Heart Failure Liver Replacement Heart Infarct Stroke/Parkinson Diabetes Artificial Liver Heart Failure Liver Replacement Alzheimer Huntington Spinal Cord Injury

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit