Einführung in die Stammzellforschung

Report
Stammzellen - Eine kurze Einführung
Sehr geehrter Sprecher…
Diese Präsentation soll eine Hilfe für Wissenschaftler, Dozenten und Wissenschaftsvermittler 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.
Inhalt
Grundlagen der Stammzellbiologie: Für Schüler ab 16 Jahren oder Erwachsene mit
keinem oder wenig Hintergrundwissen
Klonen & Klonieren: Für Erwachsene mit keinem oder wenig Hintergrundwissen,
einführende Folien für Schüler ab 16 Jahren
Stammzellbiologie im Detail: Für informierte fachfremde Personen, z.B. Ärzte und
Wissenschaftler aus anderen Fachgebieten.
Notizen für Referenten
Jede 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 & Material
Der 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
Grundlagen der Stammzellbiologie
Eine Lebensgeschichte…
Was ist eine Stammzelle?
Stammzelle
Selbsterneuerung
(Kopieren)
Stammzelle
Differenzierung
(Spezialisierung)
Spezialisierte Zelle
z.B. Muskelzelle, Nervenzelle
Was ist eine Stammzelle?
Stammzelle
Selbsterneuerung
(Kopieren)
Identische Stammzellen
Stammzelle
Differenzierung
(Spezialisierung)
Spezialisierte Zelle
Warum selbsterneuern UND differenzieren?
1 Stammzelle
1 Stammzelle
Selbsterneuerung – Erhält
den Stammzellbestand
4 spezialisierte Zellen
Differenzierung – ersetzt tote oder
beschädigte Zellen ein Leben lang
Wo findet man Stammzellen?
Embryonale
Stammzellen
Blastozyste – ein sehr früher
Emryo
Gewebestammzellen
Fötus, Baby und ein Leben lang
Arten von Stammzellen:
1) Embryonale Stammzellen
Embryonale Stammzellen (ES-Zellen):
Wo wir sie finden
Blastozyste
Zellen im Inneren
= ‘innere Zellmasse’
Flüssigkeit mit
Nährstoffen
Kultur im Labor, um mehr
Zellen herzustellen
Embryonale Stammzellen
entnommen aus der inneren Zellmasse
Äußere Zellschicht
= ‘Trophektoderm’
Embryonale Stammzellen (ES-Zellen):
Was sie können
Differenzierung
Embryonale Stammzellen
PLURIPOTENT
Alle möglichen Arten von
spezialisierten Zellen
Embryonale Stammzellen (ES-Zellen):
Herausforderungen
Haut
Nervenzellen
Embryonale Stammzellen
Blut
?
Leber
Arten von Stammzellen
2) Gewebestammzellen
Gewebestammzellen:
Wo wir sie finden
Oberfläche des Auges
Haut
Hoden
Gehirn
Brust
Darm
Knochenmark
Muskeln
Gewebestammzellen:
Was sie können
Blutstammzelle
Differenzierung
Zu finden im
Knochenmark
MULTIPOTENT
Nur spezialisierte Zelltypen:
Rote & weiße Blutkörperchen,
Blutplättchen
Arten von Stammzellen
3)Induzierte pluripotente
Stammzellen (iPS-Zellen)
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)
‘genetische Reprogrammierung’
= Hinzufügen bestimmter Gene zu der Zelle
Körperzelle
Induzierte pluripotente Stammzelle
(iPS-Zelle)
Verhält sich wie eine embryonale
Stammzelle
Differenzierung
Kultur von iPS-Zellen im Labor
Vorteil: keine Embryos benötigt!
Alle möglichen Arten von
spezialisierten Zellen
Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)
genetische Reprogrammierung
Pluripotente Stammzelle
(iPS)
Körperzelle (Haut)
Differenzierung
Knorpel
Nervengewebe
Muskel
Knochen
Haut
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 Zellen
bilden, aber nicht alle Zelltypen
Gewebestammzellen sind multipotent
Klonen & Klonieren
Klonen & Klonieren
Es gibt zwei SEHR unterschiedliche Arten des Klonens:
Reproduktives Klonen
Molekulares Klonen (Klonieren)
gene 1
gene 2
Zur Herstellung von 2 identischen
Individuen
Zum Verstehen, welche Funktion ein
bestimmtes Gen hat
Sehr schwierig durchzuführen
Routine in biologischen Labors
Illegal beim Menschen
Reproduktives Klonen
Eizelle
Körperzelle
Entfernen des Zellkerns
und Verwendung der
restlichen Zelle
Entnahme des Zellkerns
(enthält die DNS)
Klon
Identisch zu dem Individuum,
aus dem der Zellkern kommt
Das Schaf Dolly
Molekulares Klonen: Mechanismen
1) Entnahme der DNS aus dem Zellkern
Gen 1
Gen 2
Zelle 1
Zelle 2
2) Herstellung eines neuen DNS-Stückes
Gen 1
Gen 1
Gen 2
Gen 2
3) Einfügen der neuen DNS in eine Testzelle und Anfertigung von Kopien
Gen 1
Tochterzellen haben
gleiche DNS
Gen 2
Einfügen der neuen DNS
Zellen teilen sich
Gene 1 & 2 wurden
geklont (kloniert)
Molekulares Klonen: Anwendungen
Funktionsverlust
(“loss of function“)
Entfernen eines Gens um zu
sehen, ob irgendetwas anders ist
Reportergen
Hinzufügen eines Gens,
das uns zeigt, ob ein
anderes Gen aktiv ist
Verfolgung der
Abstammung von Zellen
Markieren einer Gruppe
von Zellen um zu sehen,
wo die Tochterzellen sind
Auge
Normaler
Mausembryo
Gen A fehlt
Gen spielt eine Rolle bei
Festlegung der Augenfarbe
Gen ist nur in den
blauen Bereichen aktiv
Gen wird an Zellen überall
Im Körper weitergegeben
Stammzellbiologie im Detail
Gewebestammzellen
und Hierarchien
Gewebestammzellen:
Mechanismen der Gewebeerneuerung
Stammzelle
Stammzelle:
- Selbsterneuerung
- teilt sich wenig
- großes Potenzial
- selten
Vorbestimmte Vorläufer:
- “sich vorübergehend rasch
vermehrende Zellen”
(“transient amplifying cells”)
- multipotent
- teilen sich sehr schnell
- keine Selbsterneuerung
Spezialisierte
Zellen:
- arbeiten
- keine Teilung
Gewebestammzellen:
Hämatopoetische Stammzellen (HSZ)
NK-Zelle
T-Zelle
B-Zelle
Dendritische Zelle
Megakaryozyt
HSZ
Plättchen
Erythrozyten
Makrophage
Neutrophile
Knochenmark
Eosinophile
Basophile
Vorbestimmte Vorläufer
Spezialisierte Zellen
Gewebestammzellen:
Neurale Stammzellen (NSZ)
Nervenzellen
Interneurone
Oligodendrozyten
NSZ
Typ 2 Astrozyten
Typ 1 Astrozyten
Gehirn
Vorbestimmte Vorläufer
Spezialisierte Zellen
Gewebestammzellen:
Darmstammzellen (DSZ)
Paneth-Zellen
Becherzellen
DSZ
Endokrine Zellen
Enterozyten
(Saumzellen)
Dünndarm
Vorbestimmte Vorläufer
Spezialisierte Zellen
Gewebestammzellen:
Mesenchymale Stammzellen (MSZ)
Knochen (Osteoblasten)
Knorpel (Chondrozyten)
MSZ
Knochenmark
Fett (Adipozyten)
Vorbestimmte Vorläufer
Spezialisierte Zellen
Das zu Hause der Stammzellen:
Die Stammzellnische
Stammzellnischen
Nische
Stammzelle
Mikroumgebung von Stammzellen, die den Erhalt
der Zellen ermöglicht und Signale aussendet, die
Selbsterneuerung und Differenzierung steuern
Direkter Kontakt
Gelöste Faktoren
Nische
Intermediär-Zelle
Quellen
Bildquellen
Vielen Dank an die folgenden Personen für die Erlaubnis, ihre Abbildungen zu
verwenden:
Folie 17, iPS-Zellen: Keisuke Kaji, Universität Edinburgh, Großbritannien
Folie 27, Blutzellen-Abbildung: Jonas Larsson, Lund Universität, Schweden
Folie 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.
Danksagung
Unserer 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.

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