Stammzellenmanipulation. Stammzellen können in Zellkultur manipuliert werden

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1 Stammzellenmanipulation Hämatopoietische Stammzellen können gebraucht werden um kranke Zellen mit gesunden zu ersetzen (siehe experiment bestrahlte Maus) Epidermale Stammzellpopulationen können in Kultur expandiert werden und in Gewebereparatur eingesetzt werden (Reparatur von Brandwunden mit kultuvierten Epidermiszellen) Stammzellen können in Zellkultur manipuliert werden Das Gehirn und der Rücken haben kleine Kapazität zur Selbsterneuerung Es gibt allerdings Stammzellen die olfaktorische Neuronen erneuern sowie Neuronen im Hippocampus Diese neuen Zellen wandern vom Ort der Neuronalen Stammzellen zu ihrem Be- Stimmungsort. Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 1

2 Eine Kombination von Wachstumsfaktoren im Medium A hält Stammzellen undifferenziert Zufügen oder andere Kombination von Wachstumsfaktoren führt zu Differenzierung Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Stammzellen im adulten Organismus sind Gewebespezifisch Blutzellen werden nicht zu Neuronen und umgekehrt Interessanterweise können Amphibien beim Verlust eines Körperteils embryonale Entwicklung wieder aktivieren was Säuger nicht können. Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) 2

3 Embryonale Stammzellen können jeden Teil des Körpers machen Patienten-spezifische embryonlee Stammzellen könnten das Problem der Immunabstossung von Gewebe lösen -> Reprogrammierung adulter Zellen in Stammzellen? Könnten auch für die Entwicklung von neuen Medikamenten gebraucht werden. Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008) Nukleäres Reprogrammieren in Zellen Differenzierte Zellen können reprogrammiert werden in einen embyonalähnlichen Status durch Transfer des Nukleären Inhaltes in eine Oocyte, oder durch Fusion mit einer ES Zelle. Fig. 1. Designs of nuclear transfer experiments (A) to unfertilized eggs (second meiotic metaphase) of frogs or mammals or (B) to first meiotic frog oocytes J. B. Gurdon et al., Science 322, (2008) 3

4 Nuclear transfer success decreases as donor cells differentiate Nuclei enlarge and chromatin decondenses during nuclear reprogramming Hühnererythrocyt eine Stunde und 2 Tage nach der Fusion mit einer menschlichen HeLa Zelle (kleiner Nukleus vom Huhn) Maus ES Zellkerne sofort (links) und 2 Tage nach der Injektion in eine Amphibien Oocyte Die injzierten Kerne haben sich etwa 30 fach vergrössert 4

5 Chromosomal protein exchange in a normal cell (left) or after nuclear transfer to an egg or oocyte (right) Differenzierte Zellen können reprogrammiert werden in einen embyonalähnlichen Status durch Transfer des Nukleären inhaltes in eine oocyte, oder durch Fusion mit einer ES Zelle. Welche Faktoren sind dafür verantwortlich? Oct3/4, Sox2, c-myc und Klf4 injektion dieser Faktoren in Maus oder Mensch Fibroblasten führt dazu, dass die Zellen sich wie pluripotente Stammzellen verhalten. -> werden als induced pluripotent stemm cells (ips) bezeichent. Shinya Yamanaka beobachtet 2006 auch im Menschen,

6 Different groups see stligthly different factos necessary for reprogramming in some studies: Oct4, Sox2, Nanog and Lin28 but always transcription factors acting on DNA regulating gene expression. -> great potential in transplatation Medicine Problem: Genes are transfected via viruses -> viral integration of genes into the genome -> potential of generating mutations. 6

7 immunodefiziente Maus um Immunantworten wegen des gebrauchten Virussystems zu umgehen reprogrammierte Zellen endogene Insulin produzierende Zellen induzierte beta Zellen sind den insel beta Zellen ähnlich Morphologie und Ultrastruktur sind vergleichbar Essentielle Gene für beta Zellfunktion werden in den reprogrammierten Zellen exprimiert 7

8 Die reprogrammierten Zellen sind im Organismus funktionell Sekretion von VEGF und Vaskularisierung der reprogrammierten Zellen diabetische Mäuse diabetische Mäuse + Transkriptions faktoren nicht diabetische Mäuse Was in reprogrammierten Zellen geschieht ist immer noch ein Rätsel Wahrscheinlich sind die ersten Faktoren die involviert sind mit dem Prozess wichtig für die Lockerung des Chromatins. Danach ist die DNA offen für transkriptionelle Ereignisse. Probleme, die in der Zukunft anstehen: Viren die sich ins Genom integrieren sind im Moment das Werkzeug -> integrierte DNA könnte zur Unterbrechung der Wirtsgene führen oder inserierte Gene könnten später reaktiviert werden. -> andere Wege der Reprogrammierung müssen gefunden werden. z.b. Chemikalien, Adenovirus (integriert nicht ins Genom), Plasmide. -> alle Methoden inklusive die viralen im Moment sehr innefizient. -> nur 1 in 10'000 Zellen werden transformiert. neuste Resultate zeigen dass bei Keratinocyten die effizienz etwa 1% ist und der Prozess 10 Tage (statt mehrere Wochen) dauert. -> Haarfollikel können für die produktion persöhnlicher Zelllinien gebraucht werden. Zellen sind pluripotent und müssen daran gehindert werden Tumoren zu machen. 8

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