Stammzellen - Eine kurze Einführung

1. Stammzellen - Eine kurze Einführung

2. Sehr geehrter Sprecher… Diese Präsentation soll eine Hilfe für Wissenschaftler, Dozenten und Wissenschafts-vermittler 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

3. Grundlagen der Stammzellbiologie

4. Eine Lebensgeschichte…

5. Was ist eine Stammzelle? Stammzelle Selbsterneuerung (Kopieren) Differenzierung (Spezialisierung) Spezialisierte Zelle z.B. Muskelzelle, Nervenzelle Stammzelle

6. Was ist eine Stammzelle? Stammzelle Selbsterneuerung (Kopieren) Stammzelle Differenzierung (Spezialisierung) Identische Stammzellen Spezialisierte Zelle

7. Warum selbsterneuern UND differenzieren? 1 Stammzelle 4 spezialisierte Zellen 1 Stammzelle Differenzierung – ersetzt tote oder beschädigte Zellen ein Leben lang Selbsterneuerung – Erhältden Stammzellbestand

8. Wo findet man Stammzellen? Embryonale Stammzellen Blastozyste – ein sehr früher Emryo Gewebestammzellen Fötus, Baby und ein Leben lang

9. Arten von Stammzellen: 1) EmbryonaleStammzellen

10. 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’

11. Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Was sie können Differenzierung Alle möglichen Arten von spezialisierten Zellen Embryonale Stammzellen PLURIPOTENT

12. Embryonale Stammzellen (ES-Zellen): Herausforderungen Haut Kultur unter Bedingung A Kultur unter Bedingung B Nerven-zellen Embryonale Stammzellen Kultur unter Bedingung C Kultur unter Bedingung D Blut ? Leber

13. Arten von Stammzellen 2) Gewebestammzellen

14. Gewebestammzellen: Wo wir sie finden Oberfläche des Auges Gehirn Haut Brust Darm Hoden Knochenmark Muskeln

15. Gewebestammzellen: Was sie können Blutstammzelle Differenzierung Zu finden im Knochenmark Nur spezialisierte Zelltypen: Rote & weiße Blutkörperchen, Blutplättchen MULTIPOTENT

16. Arten von Stammzellen 3)Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)

17. 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 Alle möglichen Arten von spezialisierten Zellen Vorteil: keine Embryos benötigt!

18. Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) genetische Reprogrammierung Pluripotente Stammzelle (iPS) Körperzelle (Haut) Differenzierung Knorpel Nervengewebe Muskel Knochen Respiratorisches Epithelium Haut

19. Stammzell-Jargon PotenzialEin Maß dafür, wie viele verschieden Zelltypen eine Stammzelle bilden kann PluripotentKann alle Arten von spezialisierten Zellen des Körpers bilden Embryonale Stammzellen sind pluripotent MultipotentKann mehrere (multiple) Arten von spezialisierten Zellen bilden, aber nicht alle Zelltypen Gewebestammzellen sind multipotent

20. Klonen & Klonieren

21. Klonen & Klonieren Reproduktives Klonen Zur Herstellung von 2 identischen Individuen Sehr schwierig durchzuführen Illegal beim Menschen Molekulares Klonen (Klonieren) Zum Verstehen, welche Funktion einbestimmtes Gen hat Routine in biologischen Labors gene 1 gene 2 Es gibt zwei SEHR unterschiedliche Arten des Klonens:

22. Reproduktives Klonen 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 Eizelle

23. Molekulares Klonen: Mechanismen 3) Einfügen der neuen DNS in eine Testzelle und Anfertigung von Kopien Tochterzellen haben gleiche DNS Gene 1 & 2 wurden geklont (kloniert) Gen 2 Zellen teilen sich Einfügen der neuen DNS 1) Entnahme der DNS aus dem Zellkern Gen 2 Gen 1 Zelle 1 Zelle 2 2) Herstellung eines neuen DNS-Stückes Gen 1 Gen 1 Gen 2 Gen 2 Gen 1

24. Molekulares Klonen: Anwendungen Reportergen Verfolgung der Abstammung von Zellen Funktionsverlust (“loss of function“) Hinzufügen eines Gens, das uns zeigt, ob ein anderes Gen aktiv ist Entfernen eines Gens um zu sehen, ob irgendetwas anders ist Markieren einer Gruppe von Zellen um zu sehen, wo die Tochterzellen sind Auge Normaler Mausembryo Gen A fehlt Gen ist nur in den blauen Bereichen aktiv Gen wird an Zellen überall Im Körper weitergegeben Gen spielt eine Rolle bei Festlegung der Augenfarbe

25. Stammzellbiologie im Detail

26. Gewebestammzellen und Hierarchien

27. 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

28. Gewebestammzellen: Hämatopoetische Stammzellen (HSZ) NK-Zelle T-Zelle B-Zelle Dendritische Zelle Plättchen Megakaryozyt Erythrozyten Makrophage Neutrophile Eosinophile Basophile Spezialisierte Zellen HSZ Knochenmark Vorbestimmte Vorläufer

29. Gewebestammzellen: Neurale Stammzellen (NSZ) Nervenzellen Interneurone Oligodendrozyten Typ 2 Astrozyten Typ 1 Astrozyten NSZ Gehirn Vorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

30. Gewebestammzellen: Darmstammzellen (DSZ) Paneth-Zellen Becherzellen DSZ Endokrine Zellen Enterozyten (Saumzellen) Dünndarm Vorbestimmte Vorläufer Spezialisierte Zellen

31. Gewebestammzellen: Mesenchymale Stammzellen (MSZ) Knochen (Osteoblasten) Knorpel (Chondrozyten) MSZ Knochenmark Fett (Adipozyten) Spezialisierte Zellen Vorbestimmte Vorläufer

32. Das zu Hause der Stammzellen: Die Stammzellnische

33. Stammzellnischen Gelöste Faktoren Direkter Kontakt Nische Mikroumgebung von Stammzellen, die den Erhalt der Zellen ermöglicht und Signale aussendet, die Selbsterneuerung und Differenzierung steuern Stammzelle Nische Intermediär-Zelle

34. 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.