Die Zellen - Die kleinsten lebenden Einheiten im Organismus

3D Grafik Zellen mit Zellkern

Zellen bilden die Grundlage allen Lebens - im menschlichen Organismus übernehmen sie zahlreiche Aufgaben

Als Zellen bezeichnet man die kleinsten Einheiten im Körper. Sie sind die Grundlage allen Lebens.

Unter den Zellen versteht man die fundamentalen biologischen Organisationseinheiten, die die Grundlage allen Lebens sind. Sie sind in der Lage, sich selbst zu erhalten und zu reproduzieren.

Die Zellen sind die kleinste Einheit im Organismus. Aufgrund ihrer Winzigkeit können sie nur durch ein Mikroskop erkannt werden.

Sie werden in zahlreiche unterschiedliche Zellarten unterteilt, die die verschiedensten Funktionen wahrnehmen. Zellen sind in der Lage, sich zu bewegen und auf Reize zu reagieren. Außerdem können sie Nährstoffe aufnehmen.

Zellkomponenten und Aufgaben

Abgesehen von einigen spezialisierten Zelltypen gibt es bei allen Zellen bestimmte gemeinsame Komponenten. Dazu gehört vor allem die DNA (Desoxyribonukleinsäure).

Dabei handelt es sich um eine genetische Information, die als Bauplan für andere Zellkomponenten fungiert. Weiterhin verfügen sie über Proteine und Membrane.

Während die Proteine als Enzyme oder Strukturproteine verantwortlich für den Bau sowie die biochemischen Funktionen sind, schotten die Membranen die Zelle von ihrer Umgebung ab. Außerdem sorgen die Membranen für den Kontakt mit der Außenwelt, teilen komplexere Zellen in Kompartimente auf und dienen als Filter.

Die Membran besteht in erster Liniea us einer Doppellipidschicht sowie diversen Proteinen, welche den Molekül- und Ionenaustausch zwischen der Zelle sowie ihrer Umgebung möglich machen. Die Membran hat eine Dicke von ca. 4 bis 5 nm.

Zu den weiteren Strukturen der Zelle zählt das Zellskelett. Auch dieses besteht aus Proteinen und bildet somit ein dreiteiliges System aus Mikrofilamenten, Mikrotubuli und Intermediärfilamenten.

Das Skelett sorgt für die Stabilität sowie die Elastizität der Zelle, ebenso für verschiedene Bewegungen. Auch für die Zellteilung sowie die Aufnahme und Weiterleitung von diversen Reizen ist sie verantwortlich.

Darüber hinaus haben die Zellen auch gemeinsame Fähigkeiten. Dazu gehören:

Reproduktion durch Zellteilung
Reproduktion durch Zellteilung
  • die Reproduktion durch Zellteilung
  • Stoff- und Energiewechsel, indem sie Rohmaterial aufnehmen, dieses in Energie und neue Komponenten umwandeln und Abfallprodukte entsorgen
  • Bewegungsmöglichkeiten
  • Strukturiertheit
  • Reaktionen auf Reize wie interne oder externe Reize
  • die Fähigkeit zu Wachstum und Entwicklung

Forscher entschlüsseln, wie Zellen sich gezielt bewegen

Das verformbare Zytoskelett einer Zelle ist entscheidend für die Bewegungsrichtung

3D Zellen mit Zellkern
3d zellen © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Jede Zelle ist ein kleines Lebewesen. Egal ob es um das Wachstum des Körpers geht, um die Aktivierung von Abwehrkräften, oder den Verschluss von Wunden - Zellen sind beständig in Bewegung. Forschern ist es nun gelungen, die Wissenslücke über die zielgerichtete Bewegung der Zellen zu schließen.

Zellen verfolgen Signalstoffe

Die Zellen bewegen sich nicht einfach "drauf los", sondern folgen vorab hinausgeschickten Signalstoffen.

In einem ersten Schritt, streckt eine Zelle quasi die Fühler aus und analysiert die Menge an Signalstoffen in ihrer unmittelbaren Umgebung. Dabei ist sie in der Lage, Konzentrationsunterschiede von nur zwei Prozent wahrzunehmen.

Aufgabe des Zytoskeletts

In ihrem Inneren haben Zellen das sogenannte "Zytoskelett". Dies ist ein inneres Gerüst, das für die Bewegung der Zelle notwendig ist. Sobald feststeht, von welcher Seite mehr Signalstoffe kommen, hört die Seite mit dem geringeren Kontakt einfach auf, darauf zu reagieren. Die Zelle kümmert sich also nur noch um die Richtung, von der die meiste Konzentration von Signalstoffen kommt.

Das Zytoskelett verformt sich entsprechend und die gesamte Zelle rutscht in die richtige Richtung.

Aufbau des Zytoskeletts

Wie genau das Zytoskelett das macht, konnten die Forscher ebenfalls herausfinden. Das innere Skelett besteht aus Fäden. Diese setzen sich aus Eiweißen zusammen und sind sehr dynamisch.

Das bedeutet, die Protein-Fäden können sich in ihrer genauen Form verändern. So stabilisieren sie nicht nur die Form der Zelle, sondern können auch die Bewegung in Gang setzen.

Als die Forscher nun das Zytoskelett einfroren, reagierte nur noch das Kontrollzentrum der Zelle auf die Signalstoffe um die Zelle herum. Es wurde die Konzentration auf allen Seiten gemessen, doch die Zelle konnte sich nicht mehr so verformen, dass sie in die richtige Richtung glitt.

Neues aus der Molekularbiologie: Transkriptionsfaktor Twist1 reguliert Zellwachstum

Durch Twist1 wollen Forscher künftig gesunde Zellen besser fördern und Tumorzellen einschränken

Hand mit Handschuh hält Petrischale hoch für Medizinforschung
Petri dishes for medical research © Julián Rovagnati - www.fotolia.de

Forscher des Helmholtz-Zentrums in München sind den Funktionen des wichtigen Transkriptionsfaktors Twist1 auf die Spur gekommen. Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die zahlreiche Vorgänge im Körper auf molekularer Ebene steuern.

Twist1 hat beispielsweise einen entscheidenden Einfluss auf die Entwicklung und das Wachstum der Körperzellen und ist daher indirekt auch an der Entstehung von Tumoren beteiligt.

Einfluss von Twist1 auf das Brustgewebe

Die Forscher beobachteten in München, wie die Aktivität von Twist1 die Zellen des Brustgewebes beeinflussten und stellten fest, dass das Protein vor allem die Plastizität und das Wachstum der Zellen steuert. Je höher und länger die Aktivität von Twist1 war, umso höher fiel auch die Plastizität aus, d.h. die Verformbarkeit der Zellen.

Einerseits fördert dies das Entwicklungspotenzial der Zellen ähnlich wie bei den Stammzellen, andererseits nutzen auch Tumorzellen die Aktivität von Twist1 um sich stärker auszubreiten.

Wachstum und Einschränkung von Zellen

Mit der besseren Erforschung von Twist1 und seinen Aktivitäten hoffen die Forscher in Zukunft das Wachstum von gesunden Zellen besser fördern zu können und andererseits das Wachstum von Tumorzellen stärker einzuschränken.

Am hilfreichsten ist Twist1 demnach, wenn es nur vorübergehend aktiv ist und anschließend wieder deaktiviert wird, während eine dauerhafte Aktivität die positiven Stammzelleneigenschaften unterdrückt.

Zellen wechseln bei Stress die Strategie zur Energiegewinnung

Forscher untersuchen die Unterbrechung des Zuckerstoffwechsels durch oxidativen Stress

Grafik Nahaufnahme Mikroskop Zellen mit Zellkern von Spritze manipuliert, Genmanipulation
genmanipulation © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Jede Körperzelle benötigt Energie zum Leben und diese bezieht sie im Normalfall aus Traubenzucker. Dieser Zucker wird abgebaut und daraus diverse Baustoffe und Energie gewonnen.

Seit einigen Jahren wissen Biologen aus Beobachtungen, dass Körperzellen diesen Zuckerstoffwechsel unterbrechen, wenn es zu oxidativem Stress kommt. Durch Entzündungen etwa geraten die Zellen in Ausnahmezustände und müssen darauf reagieren.

Die Blockade durch GAPDH

Die sichtbare Reaktion ist eine Blockade des Zuckerstoffwechsels. Diese entsteht, da das Enzym GAPDH, das für den Zuckerstoffwechsel unbedingt notwendig ist, inaktiv wird. Bisher konnten Forscher sich allerdings nicht erklären, warum GAPDH einfach abgeschaltet wird.

Man ging in den Lehrbüchern jedoch davon aus, dass dies nicht zielgerichtet geschieht, sondern eine traurige Nebenwirkung der Stresssituation ist. Immerhin brauchen die Körperzellen die Energie, warum sollten sie also selbst das Enzym deaktivieren und sich damit schaden?

Überlebenssicherung der Zellen

Aktuelle Erkenntnisse werfen diese Annahme nun über den Haufen und zeigen, dass eher das Zuckerstoffwechsel unterbrechen, wenn es zu oxidativem Stress Gegenteil der Fall ist: die Zellen verzichten mit Absicht auf den normalen Zuckerstoffwechsel, um damit ihr Überleben zu sichern. Doch wie überleben die Zellen denn ohne die Energie aus Zuckers?

Das fand man im Labor heraus, indem man das Enzym GAPDH so veränderte, dass es nicht mehr auf oxidativen Stress reagierte. Es arbeitete also auch dann normal, wenn die Zelle eigentlich bedroht wurde.

Vom Einzeller bis zum Menschen

Gleichzeitig führte man den Versuch auch mit unverändertem GAPDH durch. Es zeigte sich, dass beide Enzyme im Normalfall ihre Arbeit taten.

Unter oxidativem Stress jedoch, bekam das veränderte GAPDH Probleme, was das Zellwachstum negativ beeinflusste. Die Zellen mit natürlichem GAPDH dagegen stiegen auf eine alternative Energiegewinnung mit dem Molekül NADPH um und wuchsen sogar besser.

Sehr interessant ist, dass dieser Mechanismus nicht nur bei Menschen oder allgemein den höher entwickelten Tieren auftritt, sondern sich durch alle Lebewesen zu ziehen scheint. Im Labor experimentierten die Forscher mit Bakterien und konnten den Mechanismus sogar in den Einzellern nachweisen.

Nachbarschaftshilfe im Immunsystem: Makrophagen übernehmen die Arbeit dendritischer Zellen

Dentritische Zellen und Makrophagen teilen sich die komplexen Aufgaben innerhalb des Immunsystems

Grafik 3D Nervenzellen
aktive nervenzelle © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Das Immunsystem des Menschen ist sehr komplex. Es gibt verschiedene Zelltypen, mit ganz individuellen Aufgaben, die zusammenarbeiten müssen. Gemeinsam helfen sie dem Körper bei Infektionen und sorgen für eine möglichst schnelle Heilung des Organismus.

Aufgabenfeld der dendritischen Zellen

Eine wichtige Gruppe bilden dabei die sogenannten dendritischen Zellen. Sie haben die Funktionen, Antigene zu erkennen und damit eine Reaktion des Immunsystem zu starten. Man kann sie sich als Lehrer vorstellen, die anderen Zellen im Immunsystem einen Erreger zeigen und damit das Wissen darüber vermitteln.

Nur durch ihren Fingerzeig werden die anderen Zellen aktiv. Die Aufgabe der dendritischen Zellen steht innerhalb de Abwehrkräfte also ganz oben auf der Liste und ohne sie läuft nichts. Zumindest war das der bisherige Wissensstand.

Nachbarschaftshilfe durch Makrophagen

Nun haben Forscher eine interessante Entdeckung über Makrophagen gemacht. Auch diese Zellen gehören zum Immunsystem und haben eigentlich die Funktion, schädliche Zellen zu "fressen" und damit aus dem System zu entfernen. Daher nennt man sie auch Fresszellen.

Forscher fanden heraus, dass Makrophagen jedoch über diese Funktion hinausgehen können. Sind die dendritischen Zellen aus irgendeinem Grund nicht aufmerksam genug, geben die Makrophagen quasi "Nachbarschaftshilfe" und achten selbst auf Antigene. Die Fresszellen erkennen Krankheitserreger selbst und starten das "Fressen" von sich aus.

Ausstellung der Angreifer-Antigene

Dabei zerlegen sie die Erreger aber nicht einfach nur in ihrem Inneren, sondern achten beim Zerlegen auf die Antigene der Angreifer. Diese Antigene präsentieren sie anderen Zellen des Immunsystems, indem sie die Antigene auf ihrer eigenen Zelloberfläche "ausstellen". Die übrigen Abwehrkräfte werden auf diese Weise auch ohne die Vorarbeit der dendritischen Zellen auf die Erreger aufmerksam gemacht.

Die Forscher kommen dabei zu dem Schluss, dass die Makrophagen dieser Funktion ebenso gut gerecht werden wie die dendritischen Zellen und in manchen Situationen sogar besser.

Wichtige Mastzellen für den Mensch

3-D-Grafik mit vielen gelben Fettzellen vor hellblauem Hintergrund
Fat cells - 3D Rendering © fotoliaxrender - www.fotolia.de

Die Bedeutung der Mastzellen, die so genannten Allergiezellen, für den Menschen gab den Wissenschaftlern über 120 Jahre Rätsel auf. Hierbei handelt es sich um die weißen Blutkörperchen, die Histamin, ein Gewebshormon, ausschütten.

Wissenschaftler aus Deutschland und Amerika forschten sieben Jahre und kamen zur Erkenntnis, dass die Zellen nicht nur bei Allergikern wirken, sondern auch der gesunde Mensch sie braucht, weil die das körpereigene Gift Endothelin-1 (ET-1) kontrollieren. ET-1 ist Folge fast jeder Entzündungsreaktion und könnte tödliche Effekte hervorrufen.

Somit haben die Mastzellen für den Menschen lebensrettende Aufgaben, weil sie das Gift kontrollieren und abbauen.

Bei körperlicher Annäherung feuern im Gehirn die Spiegelneuronen

Grafik Nerven Rezeptoren
rezeptor © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Zwar gibt es in der Forschung noch vereinzelte Zweifel, doch die Mehrheit der Wissenschaftler geht mittlerweile von einer Existenz von Spiegelneuronen aus. Dabei handelt es sich um komplexe Gehirnzellen, die bei eigenen Bewegungsabläufen als auch bei der Beobachtung identischer Bewegungen anderer aktiv werden. Dadurch fällt es einem leichter, sich in sein Gegenüber hineinzuversetzen.

Forscher haben nun herausgefunden, dass die Spiegelneuronen sogar noch mehr können: Sie analysieren die Bewegungsabläufe anderer und entscheiden spontan, ob man auf diese Bewegung reagieren muss oder nicht. Die Nähe zur anderen Person scheint dabei eine zentrale Rolle zu spielen, so die Tübinger Forschergruppe im Wissenschaftsmagazin "Science".

Wenn ein Gen ausfällt, was geschieht mit der Zelle

Grafik DNA
render of DNA © Dmitry Sunagatov - www.fotolia.de

Forscher aus Heidelberg haben jetzt ein Großprojekt fertiggestellt, wobei es um die Frage ging "was passiert eigentlich mit einer Zelle, wenn eins von den 21.000 menschlichen Genen ausfällt"? Die Forscher haben in diesem Projekt etwa 19 Millionen Zellteilungen dabei untersucht und 190.000 Filme erstellt. Die Wissenschaftler haben bei ihren Untersuchungen immer ein Gen nach dem anderen ausgeschaltet und dann die Auswirkungen auf die Zellen unter dem Mikroskop gefilmt. Dieses Ausschalten erfolgte mit Hilfe einem speziellen Verfahren, das man RNA-Interferenz nennt oder kurz RNAi. Anschließend konnte man aufgrund der Filme mit einer computergestützten Auswertung 600 verschiedene Gene identifizieren.

Für Experten auf der ganzen Welt haben die Heidelberger Forscher ihre Arbeit im Internet bereitgestellt, so dass dadurch vielen anderen Wissenschaftlern eine Menge Laborarbeit erspart wird.

Nervenzellen können multiplizieren

Grafik mit Neuronen (Nervenzellen) im Gehirn, rot markiert
Neurons in the brain © SSilver - www.fotolia.de

Das menschliche Gehirn besteht aus Neuronen, welche in der Lage sind, elektrische Signale weiterzuleiten. Jedes Neuron verfügt über viele synaptische Kontakte zu anderen Neuronen.

Deutsche und Japanische Wissenschaftler haben mit Hilfe von Computersimulationen nun herausgefunden, warum Nervenzellen mittels elektrischer Impulse kommunizieren. Auf diese Art und Weise können Denkprozesse schneller umgesetzt werden. Neuronen sammeln die eingehenden Elektoimpulse und zwar solange, bis eine bestimmte Schwelle erreicht wird. Trifft ein erneuter Impuls dann das Neuron, wird die Schwelle übertreten und es sendet selbst die Impulse weiter an die nächsten Nervenzellen. Neuronen verfügen ebenfalls über die Fähigkeit, Impulse zu multiplizieren, um Denkleistungen schneller umsetzen zu können.

Bizarre Theorie - Neuronen im Gehirn kommunizieren via Lichtsignale miteinander

Grafik menschlicher Kopf mit Gehirn, Migräne
transparenter schädel mit gehirn und migräneanfall © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Bei Biophotonen handelt es sich um Lichtteilchen in lebenden Zellen, die mit bloßem Auge nicht erkennbar sind. Immer wieder wird darüber diskutiert, ob diese Lichtstrahlen einen Nutzen haben und wenn ja, welchen.

Die meisten Forscher gehen davon aus, dass es sich bei Biophotonen lediglich um ein zufälliges Nebenprodukt der Chemie (Epiphänomen) handelt, welches keinerlei Bedeutung hat. Ein Forscherteam um Physiker Vahid Salari hat in einer Studie eine neue Theorie aufgestellt. Seiner Meinung nach würden die Neuronen in unserem Gehirn über diese Lichtsignale miteinander kommunizieren. Dabei stützen sich die Forscher auf Studien über Biophotonen im Hirn von Ratten.

Eine bedeutende Rolle in dieser bizarren Theorie spielen die so genannten Mikrotubuli, die Bauteile des Zellskeletts, welche unter anderem für die Zellteilung verantwortlich sind. Diese These trifft im Bereich der Forschung eher auf Kritik als auf Zustimmung.

Nervensignale können auch in den Axonen entstehen

3-D-Grafik zweier sich annähernder Synapsen (Nervenzellen) vor blauem, abstraktem Hintergrund
Synapse © krishnacreations - www.fotolia.de

Ein Team von Berliner Wissenschaftlern hat jetzt herausgefunden, dass Signale auch in den Axonen und nicht nur im eigentlichen Nervenzellkörper entstehen können. Dies trifft beispielsweise dann zu, wenn die Person sehr aufmerksam ist und die Signalverarbeitung in den Nervenzellen gleichzeitig von statten gehen.

Mit der Untersuchung bewiesen die Forscher nun, dass es sich um ein neues System der Informationsverarbeitung handelt, da die axonalen Signale schließlich in zwei verschiedene Richtungen laufen. Ein Weg führt in die Richtung der Zellkörper und der andere zu benachbarten Nervenzellen. Dabei kann die jeweilige Zelle jedoch unter Umständen übermäßig stark erregt werden, was anfangs durch eine so genannte Filterzelle verhindert wird.

Sofern der Patient jedoch unter einer Epilepsie leidet, sind genau diese Filter wirkungslos und die rückläufigen Signale können zum ernsten Problem werden.

Schlaue Eiweiße - Proteine eines Darmbakteriums erkennen die Zellform

3-D-Grafik von Darmbakterien, dargestellt in blau und pink, im Hintergrund die Darmflora mit Darmzotten
Darmbakterien - 3d Render © fotoliaxrender - www.fotolia.de

Das Bakterium „Escherichia coli“ lebt als Darmbakterium in uns und war das zentrale Thema einer aktuellen Studie. Die Wissenschaftler wollten herausfinden, wie die Zellteilung bei dieser Art genau funktioniert.

Wenn sich ein Bakterium vermehrt, muss es sich in zwei Teile trennen, damit eine Tochterzelle entstehen kann. Damit Escherichia coli sich vermehren kann, müssen sich die sogenannten FtsZ-Eiweiße genau in der Mitte der Mutterzelle treffen. Dort bilden sie den Z-Ring, dessen Aufgabe es ist, die Zelle genau in zwei Hälften zu trennen und die entstandenen Zellen abzuschnüren, damit sie abgeschlossene Gebilde sind. Doch wie gelingt es den FtsZ-Eiweißen, sich genau in der Mitte zu treffen?

Die Forscher fanden heraus, dass diese Proteine auf eine weitere Eiweißgruppe angewiesen sind und diese sogenannten „Min-Proteine“ sind sehr schlau. Sie sind in der Lage, die genaue Zellform zu erkennen und dienen den FtsZ-Eiweißen als Navigationssystem. Sie wissen genau, wie die Bakterien aufgebaut sind und wandern immer zwischen den Enden hin und her. In der Mitte aber gibt es die wenigsten Min-Proteinen und das reicht den FtsZ-Eiweißen zur Orientierung.

Sie könnten sich allerdings auch nicht an den Enden sammeln und den Z-Ring bilden, wenn sie das wollen würden, denn die Min-Eiweiße blockieren sie dort. Daher kann der Ring nur in der Mitte gebildet werden und das Erzeugen der Tochterzellen funktioniert.

Prokaryotische und eukaryotische Zellen

Insgesamt setzt sich der menschliche Organismus aus ca. 220 unterschiedlichen Zelltypen und Gewebetypen zusammen. Man unterteilt die Zellen in prokaryotische Zellen und eukaryotische Zellen. Bei Prokaryoten handelt es sich um zelluläre Lebewesen wie Bakterien oder Archaeen, die keinen Zellkern haben.

Die Eukaryoten sind dagegen Lebewesen, die mit einem Zellkern ausgestattet sind. Außerdem sind sie weitaus komplizierter strukturiert als die Prokaryoten. Man bezeichnet eukaryotische Zellen auch als Euzyten.

Querschnitt einer Zelle
Querschnitt einer Zelle

Gemeinsamkeiten

Sowohl prokaryotische als auch eukaryotische Zellen sind mit einer Zellmembran ausgestattet, die für die Abgrenzung der Zelle von der Umgebung sorgt. Außerdem wird durch die Membran überprüft, was in die Zelle hinein- und wieder hinausgelangt.

An den Seiten der Membranen liegen Ionen. Dabei handelt es sich um elektrostatisch geladene Moleküle oder Atome.

Da die Membran die Ionen voneinander trennt, kommt es zur Aufrechterhaltung eines Konzentrationsunterschieds, der ein chemisches Potential bewirkt. Das Medium, das die Zellmembran umschließt, bezeichnet man als Zytoplasma. Die Zellen verfügen über DNA, in der sich die Erbinformationen befinden.

Des Weiteren enthalten sie Ribonukleinsäure (RNS), die wichtig für den Aufbau von Proteinen ist. Die Proteine bilden Strukturen in der Zelle oder katalysieren zahlreiche ihrer Reaktionen.

Hat der Mensch mehr Bakterien als Zellen im Körper?

Neuen Berechnungen zufolge ist das Verhältnis von Zellen und Bakterien wohl doch ausgeglichener als zuvor gedacht

3-D-Grafik der Darmflora mit blauen, gelben und roten Darmbakterien auf den Darmzotten
Darmbakterien - 3d Render © fotoliaxrender - www.fotolia.de

Der menschliche Körper ist nicht nur ein Organismus für sich, sondern der Lebensraum für Millionen von Mikroorganismen. Allein im Magen-Darm-Trakt leben viele Bakterienstämme und sind sowohl für das Immunsystem als auch die Verdauung unverzichtbar. Doch wie viele Bakterien leben in einem Menschen?

Forscher in den 1970ern kamen auf Verhältnis von 1:10

Mit dieser Frage beschäftigt sich die Medizin schon eine geraume Zeit. In den 1970ern kamen Forscher in einer Schätzung auf ein Verhältnis von 1:10. Das bedeutet, dass auf eine menschliche Zelle direkt zehn Bakterien kommen und der Mensch daher quasi eine Minderheit im eigenen Körper ist. Ganz so unausgeglichen ist das Verhältnis neusten Berechnungen zufolge aber dann doch nicht.

Zellenarten unterscheiden sich stark in Größe und Gewicht

Die alte Schätzung ging nach dem Schema vor, das Körpergewicht eines Menschen zu ermitteln und diese Kilogramm durch das Gesamtgewicht der Zellen zu teilen. Wie viele Zellen ein Mensch im Durchschnitt hat, war schon damals bekannt.

In dieser Schätzung steckt jedoch ein grundlegendes Problem: Zwar kennt man die durchschnittliche Anzahl der Körperzellen und ihr Gewicht, doch dabei darf man nicht ignorieren, dass die einzelnen Zellarten teilweise erheblich in Größe und Gewicht auseinander gehen.

Die Mehrheit der menschlichen Zellen ist sehr leicht, denn es sind die roten Blutkörperchen, die bis zu 70 Prozent aller Zellen ausmachen. Platz 2 teilen sich größere Zellen wie

Sie machen aber bereits nur noch zwei bis maximal acht Prozent aus. Die übrigen 50 bekannten Zelltypen fallen dahinter zurück, können aber teilweise ein beachtliches Zellgewicht mit sich bringen. Es sind vor allen Dingen

die zwar nur 0,1 Prozent der Zellmasse ausmachen, dafür aber bis zu 75 Prozent des Gewichts.

Neue Berechnung kommt auf Verhältnis von 1:1

Forscher berechneten auf der Basis dieses Wissens das Verhältnis zwischen Körperzellen und Bakterien neu und kamen auf ein 1:1-Verhältnis. Da nach dem Stuhlgang rund 30 Prozent der aktuell vorhandenen Darmbakterien ausgeschieden werden, dürften die Körperzellen für einige Zeit nach dem Toilettenbesuch sogar in der Mehrheit sein.

Aus Zellen auch ohne Viren Stammzellen herstellen

Wissenschaftlerin in weißem Kittel und Schutzbrille bei der Arbeit im Labor
scientists working © Yuri Arcurs - www.fotolia.de

Bislang haben Wissenschaftler für die Herstellung von Stammzellen auch Viren benötigt, die in die Zelle eindrangen und dann die Gene zu den verschiedenen Stellen im Erbgut transportierten. Jetzt haben zwei Forscher-Gruppen eine bessere Methode entdeckt.

Die eine Gruppe stammt von der Universität von Edinburgh in Großbritannien und die zweite aus Toronto in Kanada. Die erste Gruppe verwandte eine Genfähre, ein so genanntes Plasmid, sowie ein Transposon.

Die kanadische Gruppe ging auch so vor, doch konnten sie aus dem Erbgut der induzierten Stammzellen die Genfähre und alle eingeschleusten Gene wieder entfernen. Für die Zukunft könnten diese Stammzellen bei der Erforschung und Entwicklung neuer Medikamente benutzt werden.

Ein Blick auf den Anfang des Lebens - neues Messgerät durchleuchtet Zellen

3D Grafik T-Hilferzellen
t-helfer zellen © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Die Wissenschaft ist im Stande das Innenleben einer Zelle zu betrachten. Doch bislang wurden Zellen dabei beschädigt. Um lebende Zellen zu beobachten, hat man in Amerika nun ein Nano-Messgerät entwickelt. Das Gerät muss nicht in die Zelle eingeführt werden, daher wird diese auch nicht beschädigt. Das Gerät besitzt eine Phospholipid-Doppelschicht. Diese Schicht besitzt auch jede lebende Zelle. So ist das Gerät in der Lage mit der äußere Zellmembran zu verschmelzen.

Die Forscher konnten auf diesem Wege sogar schon die Funktion einer schlagenden Herzzelle beobachten. Die Messgenauigkeit stehe althergebrachten Methoden in nichts nach, sie sei noch besser. In Zukunft wollen die Wissenschaftler mit der neuen Methode sogar die genaue Produktion der einzelne Bausteine des Erbgutes beobachten und genauer erforschen.

Erstmalige Wandlung einer Zellform in eine andere gelungen

Stammzellen bald nicht mehr nötig? Zellwandlung aus einer Hautzelle vollbracht

3D Grafik Stammzelle auf blauem Hintergrund
stem cell © Yang MingQi - www.fotolia.de

Wissenschaftler arbeiten gegenwärtig mit Stammzellen, wenn sie eine spezielle Zellform herstellen wollen. Die Stammzellen sind noch undifferenzierte Zellen, die das Potential haben, sich in jede Körperzelle zu entwickeln.

Bislang war es aber unmöglich, eine schon entwickelte Körperzelle in eine andere Zellform umzuwandeln, ohne auf die Stammzellenform zurückzugreifen. Doch dies ist US-Wissenschaftlern nun zum ersten Mal gelungen.

Haut wird Blut

Sie haben Hautzellen so behandelt, dass diese sich in Blutzellen verwandelten. Der Zwischenschritt über die Rückverwandlung in eine Stammzelle konnte wegfallen. Dieser Durchbruch ist ganz entscheidend für die Medizin.

In Zukunft könnte die Medizin womöglich auf Stammzellen verzichten. So könnten Dinge wie Diabetes, Parkinson und Herzinfarkte effektiver behandelt werden, indem man jene Zellen produziert, die nötig sind, um den Körper genesen zu lassen.

Herzinfarktpatienten könnte man so neue Muskelzellen geben, sodass der geschwächte Herzmuskel einfach Schnee von gestern wird und keine Beschwerden mehr übrig bleiben. Allerdings wird es noch etwas dauern, bis das Verfahren für die breite Maße zugelassen wird.

"Produktionsstraße" zur Herstellung synthetischer Zellen entwickelt

Nahaufnahme Instrumente im Labor
strumenti laboratorio chimico © paolo toscani - www.fotolia.de

Großer Erfolg für die Wissenschaft. Unter der Leitung von Brian Paegel vom Scripps Research Institute in Florida entstand eine Art Produktionsstraße zur Erzeugung synthetischer Zellen. Genauer gesagt handelt es sich um die Herstellung von künstlichen Trennschichten zwischen zellähnlichen Strukturen. Bisher war deren Produktion noch sehr schwierig und umständlich gewesen.

Die Größe dieser "Straße" entspricht ungefähr der eines Pokerchips. Das Herstellungsprinzip beruht auf einem permanenten Mikrokreislauf, der kleinste Wassertröpfchen in zwei Vorgängen mit zwei dünnen Schichten überzieht, die Lipide enthalten. Diese bilden anschließend die Basis für die Membrane synthetischer Zellstrukturen mit einem Durchmesser von 20 bis 70 Mikrometer.

Diese neuartige Methode ist effizienter und schneller als bislang gebräuchliche Verfahren. Ein weiterer Pluspunkt ist das Befüllen der Membranen mit Eiweißstoffen oder anderen Substanzen. Die von den amerikanischen Forschern entwickelte innovative Produktionsweise kann auch dazu beitragen, das Prinzip des biologischen Entstehungsprozesses von Membranen besser nachvollziehen zu können.

Zellprogrammierung ohne gefährliche Zwischenstufe - Forscher züchten Nervenzellen

Wissenschaftlerin im Labor guckt in ein Mikroskop
close up of scientist looking to microscope in lab © Syda Productions - www.fotolia.de

Bisher ist die Arbeit mit Stammzellen noch nicht so einfach. Zwar können die Wissenschaftler schon einiges erreichen, doch es gibt Probleme und Risikofaktoren. So war es bisher nicht möglich, aus einer Zellform direkt eine andere zu züchten. Man musste einen Zwischenschritt im Labor machen, der eine große Gefahr birgt: Krebs. In diesem Schritt der Wandlung können die gezüchteten Zellen zu Krebszellen werden. Doch damit könnte bald Schluss sein, denn deutsche Forscher konnten in einem Versuch nun zum ersten Mal die Zwischenstufe überspringen.

Sie arbeiteten mit Mäusen, von denen sie Hautzellen genommen hatten. Diese Zellen wurden nun im Labor auf direktem Weg zu Nervenzellen gemacht. Diese Züchtung ist eine Revolution und basiert im Wesentlichen auf dem Einsatz von Wachstumsfaktoren. Die Forscher haben sich mit diesem speziellen Eiweißen auseinander gesetzt und ermittelt, welche Faktoren genau benutzt werden müssen, damit der gefährliche Zwischenschritt bei der Entwicklung übersprungen werden kann. Das bedeutet, es ist nicht mehr nötig, die Hautzellen im Labor zuerst zu Stammzellen zu machen und dann Nervenzellen zu züchten. Ohne die Stammzellen fällt auch automatisch das Risiko auf eine Krebsentartung weg.

Was im Tierversuch schon geklappt hat, soll in einem nächsten Studienschritt auf Menschen übertragen werden. Funktioniert die Arbeit auch bei menschlichen Zellen, könnte man in Zukunft leichter Gewebe im Labor gewinnen.

Stammzellen überleben den Menschen - sie sind noch mehrere Tage nach dem Tod aktiv

Zwei Füße eines toten Menschen, am linken Zeh eine Notiz mit Namen
Two feet of a dead body with an identification tag blank sign © nootropa - www.fotolia.de

Verstirbt ein Mensch, so stellen alle Zellen im Körper ihre Arbeit ein. Dieses Wissen galt bis vor kurzen als absolut gesichert. Doch nun haben Forscher aus Frankreich eine ganz erstaunliche Entdeckung gemacht. Sie hatten einer Verstorbenen einige Zellen entnommen, darunter auch Stammzellen. Letztere ließen sich tatsächlich im Labor wieder aktivieren und das, obwohl der entsprechende Mensch längst tot war. Wie war das möglich?

Die Forscher betrachteten die Zellen genauer und fanden dabei heraus, dass die Stammzellen auch ohne den Sauerstoff im lebenden Körper für einige Tage weiterleben können. Dies gelingt ihnen, indem sie sich selbst in eine Art Schlafzustand versetzen. In dieser Ruhephase benötigen sie kaum Energie und kommen folglich auch ohne den Sauerstoff aus. Diese Inaktivität lässt sie maximal zwei Wochen überstehen. In dieser Zeit ist eine neue Aktivierung aber ohne große Probleme möglich. Bei der verstorbenen Frau hatte man Stammzellen aus dem Muskelgewebe entnommen. Man aktivierte die Zellen im entsprechenden Zeitfenster und züchtete sie. Ergebnis: 17 Tage nach dem Versterben der Frau gab es Millionen ihrer Stammzellen und alle waren so aktiv, das man daraus theoretisch neue und gesunde Muskelfasern hätte züchten können.

Für die Medizin erschließt sich damit eine ganz neue Möglichkeit. Bald wäre es denkbar, dass auch Verstorbene bei entsprechender Einwilligung als Zellspender in Frage kämen. Menschen auf Transplantationslisten könnten damit deutlich schneller versorgt werden.

Wie unterscheiden sich lebende von toten Zellen?

Grafik Nervenzellen
Nervenzellen © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Jetzt ist es Wissenschaftlern von der Universität in Bonn geglückt, einen bestimmten Mechanismus zu entwickeln, mit dem sie bei infizierten Zellen unterscheiden können, ob es sich um lebende oder um tote Erreger handelt.

Dadurch fällt auch die Immunantwort unterschiedlich aus.

Astrozyten unentbehrlich für Regeneration von Nervenzellen

Grau-gelbe 3-D-Grafik des Nervensystems mit Nervenzellen
Nerve Cell. 3D. Neurons © BillionPhotos.com - www.fotolia.de

Nervenzellen regenerieren sich nur mithilfe der Astrozyten, wie Neurologen der Medizinischen Hochschule Hannover(MHH) herausgefunden haben. Am lebenden Versuchsobjekt zeigte sich, dass die Astrozyten die Mikroglia (Immuneffektorzellen des zentralen Nervensystems) aktivieren.

Die Forscher beschädigten bei Mäusen mit einem Gift die Membran (Myelin), die die Axone spiralförmig umgibt und dadurch schützt. Die Mikroglia entfernte die beschädigten Stellen der Membran unverzüglich, damit diese ihre Schicht schnell wieder erneuern konnte. Als die Forscher die Astrozyten jedoch lahm legten, verblieben die beschädigten Teile der Membran am Axon.

Dadurch konnte sich keine neue Membranschicht bilden, die Regeneration der Nervenzellen wurde gestört. Die Forschung auf diesem Gebiet trägt dazu bei, das gegenseitige Aufeinander wirken der unterschiedlichen Zellarten im Gehirn zu verstehen, damit Erkrankungen des zentralen Nervensystems wirksamer bekämpft werden können.

Mäuse mit menschlichen Hirnzellen sind intelligenter

Grafik mit Neuronen (Nervenzellen) im Gehirn, rot markiert
Neurons in the brain © SSilver - www.fotolia.de

Forscher vom University of Rochester Medical Center haben die Intelligenz von Mäusen gesteigert, indem sie ihnen menschliche Hirnzellen einpflanzten. Bei den transplantierten Hirnzellen handelte es sich um Sternzellen, auch Astrozyten genannt.

Die Sternzellen sind wesentlich für die Funktionsfähigkeit der Neuronen, ihre große Bedeutung für die Leistungsfähigkeit des menschlichen Gehirns wurde bisher allerdings nicht hinreichend nachgewiesen. Das wollten die US-amerikanischen Wissenschaftler mit ihrem außergewöhnlichen Versuch tun.

Als Versuchstiere fungierten Mäuse, die so gezüchtet wurden, dass sie menschliches Gewebe nicht abstoßen. Neugeborenen Mäusen transplantierten die Forscher menschliche Sternzellen ins Gehirn. Tatsächlich verbanden sich die Sternzellen der Menschen mit den Nerven der Mäuse, sodass sie ihre Funktion erfüllen konnten.

Die Forscher unterzogen den Mischwesen dann verschiedenen Intelligenztests. Dabei zeigte sich, dass die chimären Mäuse ihren normalen Artgenossen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit ihres Gehirns deutlich überlegen waren. Sie konnten sich beispielsweise besser Wege durch ein Labyrinth merken.

Laut den Forschern zeigt das Experiment, dass das menschliche Denkorgan seine außergewöhnlichen Fähigkeiten auch den Sternzellen verdankt. Funktionieren diese nicht richtig, dann können neurologische Erkrankungen die Folge sein. Derartige Zusammenhänge wollen die Forscher in weiteren Experimenten mit Mäusen untersuchen.

Was Chromosomen im Innersten zusammenhält - Aufbau von DNA-Verpackungsproteinen entschlüsselt

Die Forschungsergebnisse sollen helfen, die komplexe Organisation von menschlichen Chromosomen besser zu verstehen

Forscherin schnibbelt mit einer Schere an einem blauen DNA-Modell
gen schere 1 © Gernot Krautberger - www.fotolia.de

In jeder menschlichen Zelle sind rund zwei Meter DNA in einem Zellkern untergebracht, der einen Durchmesser von nur wenigen Tausendstel Millimetern hat. Die DNA-Fäden müssen geordnet und eng gepackt sein, damit die Erbinformation während der Zellteilung genauestens auf die beiden Tochterzellen verteilt werden kann.

Forscher des Max-Planck-Instituts für Biochemie in Martinsried bei München haben nun den Aufbau eines ringförmigen Proteinkomplexes (SMC-Kleisin) dechiffriert, der für Ordnung bei diesem Verpackungsvorgang sorgt. Sie entdeckten, dass die Proteine in Bakterien strukturelle Ähnlichkeiten mit dem menschlichen Komplex haben.

SMC-Proteinkomplexe

Werden einzelne Chromosomen bei der Teilung der Zelle nicht gleichmäßig auf die Tochterzellen aufgeteilt, können Krebs oder Erbdefekte wie etwa Trisomie 21 entstehen. Damit es bei dem Transport der DNA bei der Zellteilung nicht zu Fehlern kommt, müssen die langen und verknäulten DNA-Fäden dicht verpackt werden.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass für diesen Vorgang SMC-Proteinkomplexe, die aus zwei Proteinarmen (SMC) und einem Bindeglied (Kleisin) bestehen, zuständig sind. Sie bilden zusammen eine ringförmige Struktur.

Der SMC-Komplex vermag etwa einzelne DNA-Fäden zusammenzukleben. Er ist aber auch in der Lage, sich wie eine Klammer um die DNA zu legen. So können beispielsweise weit entfernt liegende Teile der DNA zusammengeführt werden. Dabei bildet sich eine kompakte Form des Chromosoms heraus.

Die Organisation von menschlichen Chromosomen

Die Forschungsergebnisse sollen helfen, die komplexe Organisation von menschlichen Chromosomen besser zu verstehen. So wollen die Wissenschaftler Erkenntnisse über die Entstehung von Erbdefekten wie Trisomie 21 gewinnen. Zudem ist der Zusammenhalt von Chromosomen auch bei der Fortpflanzung von entscheidender Bedeutung.

Erkrankungen der Zellen

Krebs

Eine häufige und gefährliche Zellerkrankung ist Krebs. Dabei ist der Begriff "Krebs" ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von bösartigen Tumorerkrankungen. All diese Krebserkrankungen haben gemeinsam, dass es zu einem unkontrollierten Wachstum von Tumorzellen kommt.

Dabei wird das genetisch geregelte Gleichgewicht zwischen dem Zellzyklus aus Wachstum und Teilung und dem Zelltod (Apoptose) gestört. Da der genetische Code für regulierende Signale meist defekt ist, können diese nicht erkannt und ausgeführt werden.

Krebszellen können also vom Zellverband nicht mehr beeinflusst werden und es kommt zu einem unkontrollierten Wachstum der Zellen.

Grafische Darstellung einer Krebszelle
Grafische Darstellung einer Krebszelle
Die häufigsten Krebsarten

Grundsätzlich können sämtliche Organe oder Gewebe des Körpers von einer Krebserkrankung betroffen werden. In Deutschland ist Krebs die zweithäufigste Todesursache. Zu den Krebsarten, die am meisten vorkommen, gehören:

Vor allem ältere Menschen sind von Krebserkrankungen betroffen.

Entstehung von Krebs besser verstehen - neue Erkenntnisse in der Zellforschung

Grafik Krebszelle
krebszelle © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Die Zellen in unsrem Körper sind von Kinasen abhängig. Kinasen sind Enzyme, die viele Funktionen in der Zelle steueren und für ihr Leben wichtig sind. Nun ist es Zellforschern aber gelungen, das zweite Gesicht des Enzyms aufzuzeigen: Kinasen ist auch für die Entstehung von Zellkrebs mitverantwortlich. Die Forscher gingen einen Schritt weiter und entwickelten ein Verfahren, um Kinasen auszuschalten. Ist in einer Zelle das Kinasen abgeschaltet, können Forscher die Entstehungsmechanismen diverser Krankheiten besser untersuchen, so hoffen diese zumindest.

Bislang konnte man nur ganze Kinasen-Gruppen deaktivieren, nun kann man einzelne der Enzyme ausschalten - das soll die Forschungsergebnisse viel genauer machen. Die Auswirkungen des An- bzw. Abschalten jedes einzelnen Kinasens kann genau erfasst werden. Die Entstehung von Krebs und anderen Zellkrankheiten kann untersucht werden und Wege für neue Behandlungsmethoden und Präventionsmaßnahmen gefunden werden.

Tumorzellen ändern ihre Konsistenz - im frühen Stadium sind sie weich, später hart

Grafik einer Krebszelle auf orange-rotem Untergrund
krebs zelle © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

An der Leipziger Universität hat man nun entdeckt, dass Krebszellen je nach Entwicklungsstadium ihre Konsistenz verändern. Wenn sie "jung" sind, sind sie recht weich. So können sie besonders effektiv wachsen, sich teilen und durch rasche Vermehrung im Körper verbreiten. Wenn sie "älter" werden, so ist es für ihr Überleben wichtig, dass ihr Zellskelett sich verhärtet, damit sie dem Druck des menschlichen Gewebes standhalten können.

Je mehr Tumorzellen es gibt, desto weniger Platz ist im Körper. Dann verdichten die Krebszellen sich so sehr, dass sie sogar gegen das menschliche Gewebe anwachsen können. Dies wirft ein verändertes Licht auf Tumorzellen. Nun kann man besser erklären, wie die Zellen Wachsen und sich verbreiten. Dies könnte die Krebsbehandlung in Zukunft verändern.

Tumorzellen Einhalt gebieten - Mediziner wollen sich das innere Skelett der Zellen zu Nutze machen

Die Hoffnung, spezielle Veränderungen am inneren Skelett einer Zelle durch Krebs aufhalten zu können

3D Grafik dunkelrote Krebszelle mit Antikörpern
krebszelle mit antikörpern © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Auch eine Zelle hat so etwas wie ein inneres Skelett. Es besteht bei ihr aus Eiweißen, die sie physisch stabil machen und ihr eine bestimmte Struktur verleihen. Befällt der Krebs Zellen, so verändern sich diese.

Forscher haben festgestellt, dass sich beim Mutieren der Zellen auch ihr inneres Skelett verändert. Diese neue Erkenntnis will man sich nun im Kampf gegen Krebs effektiv zu Nutze machen.

Zwei verschiedene Veränderungen durch den Krebsbefall

Der Krebsbefall verändert das Skelett auf zwei verschiedene Arten. Die Zelle wird zunächst dazu angeregt, sich schneller zu teilen. Durch diesen Prozess des Wucherns wird ihr Skelett instabiler. So kann es nun vom Krebs verändert werden. Die Veränderung kann entweder bewirken, dass der Krebs nun auch in anliegendes Gewebe wandern kann, oder dass sich Zellen ablösen und Tochtergeschwülste in anderen Organen bilden.

Man hofft nun, diese zwei speziellen Veränderungen des inneren Skelett einfach aufhalten zu können. Würde dies gelingen, könnte man die Ausbreitung des Krebs verhindern. Wie man die Veränderungen im Skelett der Zellen stoppen kann, wird nun in Studien erprobt.

Krebsstammzellen sind die gefährlichsten Zellen in einem Tumor

3D Grafik dunkelrote Krebszelle in Blutbahn mit Blutzellen
blutzellen und krebszelle © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Laut dem Deutschen Krebsforschungszentrums hat das Stammzellkonzept eine "stürmische Entwicklung" genommen und wurde gleichzeitig in der regenerativen Medizin mit dem Nobelpreis gewürdigt. Inzwischen gilt es auch als erwiesen, dass die Krebsstammzellen die Ursprungszellen für den Krebs sind, konstant dessen Wachstum aufrecht erhalten und sich den üblichen Therapien entziehen.

Diese Stammzellen kann man anhand spezifischer molekularer Charakteristika auf der Zelloberfläche sichtbar machen, den so genannten Biomarker. Da sie meistens in Nischen des Knochenmarks und einen sehr kleinen Teil der Tumorzellen ausmachen, lassen sich die Krebsstammzellen allerdings schwer fassen. Umso mehr der Tumor wächst, desto größer wird auch der Zellanteil mit Stammzelleigenschaften.

Nun haben Stammzellforscher am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg erstmals Tumorzellen mit Stammzelleigenschaften im Blut von Brustkrebspatientinnen ausfindig gemacht, welche nach der Transplantation in Mäuse neue Knochenmetastasen auslösen konnten.

Ein spezielles Gen ist für das Überleben von Tumorzellen verantwortlich

Grafik Leukämie Zellen in pink auf schwarzem Hintergrund
leukemie © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Forscher stellten fest, dass ein spezielles Gen bei bestimmten Tumoren für das Überleben eine wichtige Rolle spielen. Das Enzym Telomerase ist für die Wiederherstellung der Endstücke der Chromosomen, die sogenannten Telomere, verantwortlich.

Normalerweise werden die Chromosome der menschlichen Zellen nach Zellteilungen kürzer, so dass die Zellen auch absterben. Aber es gibt ein Gen, das TERT-Promotergen, welches die Telomerasen aktiviert, so dass der Zellabbau verringert oder verlangsamt wird.

Die Telomerasen sind zwar nicht in allen Zellen aktiv, doch das TERT-Gen findet man in allen Körperzellen, so dass davon eventuell Tumorzellen profitieren könnten. Bei früheren Untersuchungen hat man schon festgestellt, dass dieses Gen in den Zellen von Tumoren, beispielsweise beim schwarzen Hautkrebs (malignen Melanom), aktiv sein kann.

Die Forscher haben nun 60 Krebsarten näher untersucht und bei neun Typen eine stärkere Aktivität dieses Gens registriert, wobei die häufigen vorkommenden Krebsarten Brust- und Prostata-Krebs nicht dabei waren.

Artenvielfalt bei Krebsstammzellen

3D Grafik rote Krebszelle
krebszelle © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Bisherige Annahmen, dass nur ein sehr geringer Teil der Tumorzellen sich teilen und somit Metastasen hervorbringen kann, müssen zurückgenommen werden.

Ein Expertenteam aus Amerika hat durch Experimente an Mäusen neue Erkenntnisse erzielt, die eine Krebstherapie verbessern könnten. Den Mäusen, denen zuvor das Immunsystem geschwächt wurde, sind unterschiedliche Tumor-Zelltypen injiziert worden, um die Teilungsfähigkeit der einzelnen Typen beobachten zu können. Diese Beobachtung ergab, dass ca. 25 Prozent der Melanom-Zellen sich teilen können und so zu Tumoren heranwachsen können.

Diese 25 Prozent der Zellarten müssen nun weiter untersucht werden, um gegen jede einzelne von ihnen das passende Präparat entwickeln zu können.

Krebstumore sollen sich selbst zerstören

Grafik einer weißen Krebszelle inmitten roter Blutkörperchen in einer Blutbahn
Krebszelle © crevis - www.fotolia.de

Tumorzellen sollen sich selber zerstören und zwar durch einen neuen Wirkstoff, den Wissenschaftler der Universität Mainz entdeckt haben. Zwei Wirkstoffe, die als krebshemmend schon bekannt sind, werden miteinander kombiniert und sind dann in der Lage, dass die Krebszellen sich selber zerstören oder keine Blutgefäße mehr bilden.

Man befindet sich jetzt in einer Testphase an Tieren, so dass bestimmt noch etwa zehn Jahre weitere Forschung nötig sind, bis es auf den Markt kommen kann. Für dieses Projekt sind jetzt 243.000 Euro von der Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation bereitgestellt worden und man hofft auf weitere Sponsoren.

Durch Zelltod soll die Entwicklung von Krebs verhindert werden

Zelltod plus Verhinderung der Zellteilung könnten neue Ergebnisse in der Krebstherapie bringen

3-D-Grafik einer Krebszelle mit einer T-Killerzelle in grün und lila vor weißem Hintergrund
Eine Krebszelle mit einer T-Killerzelle / 3D Illustration © ag visuell - www.fotolia.de

Deutsche Wissenschaftler von der Charité und des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin fanden heraus, dass sich die menschlichen Körperzellen durch den Zelltod und durch Verhinderung des Wachstums vor der Entwicklung von Krebs schützen.

Dies geschieht aber nicht, wie man bislang glaubte, unabhängig voneinander, sondern es geschieht zusammen, so dass durch beide Schutzprogramme verhindert wird, dass die Zellen außer Kontrolle geraten. Dies könnte ein Grund dafür sein, dass bestimmte Tumore sogar Jahrzehnte benötigen, bevor sie zum Ausbruch kommen.

Ablauf der beiden Schutzprogramme

Bei einer Krebserkrankung reagiert der Körper erst einmal selber, so wird durch das Krebsgen Myc der Zelltod der geschädigten Zelle ausgelöst, diese Aktivierung geschieht auch bei einer Chemotherapie. Zusätzlich gibt es den zweiten Schutz, der die Zellteilung verhindert, die sogenannte Seneszenz. Diese Erkenntnisse haben die Wissenschaftlern erstmals bei Lymphdrüsenkrebs im Tiermodell herausgefunden, sie werden aber auch für die weitere Krebsforschung eine gewisse grundlegende Bedeutung haben.

Wenn man zukünftig nicht unbedingt die Zellen abtöten muss, sondern es ausreichen würde, nur die Zellteilung zu verhindern, so gäbe es neue Behandlungsmöglichkeiten.

Neurodegenerative Erkrankungen

Bei unterschiedlichen neurodegenerativen Erkrankungen kommt es zum Absterben von Nervenzellen im Gehirn. Dies kann altersbedingt, beispielsweise in Form von Demenz oder Parkinson auftreten.

Dass es im Laufe des Lebens zum Verlust von Nervenzellen kommt, ist jedoch normal. Wenn übermäßig viele Zellen absterben, kommt es zu Erkrankungen. Zu den weiteren neurodegenerativen Erkrankungen, die unabhängig vom Alter auftreten, zählen

Weitere Zellkrankheiten

Auch allergische Reaktionen lassen sich zu den Funktionsstörungen von Zellen rechnen. Hierbei besteht eine Überreaktion von speziellen Zellen im Immunsystem, die harmlose Stoffe bekämpfen, was zu den bekannten Allergiesymptomen führt.

Bei einer Hyperplasie kommt es zu einer vermehrten Zellteilung, was zur Vergrößerung von Organen oder Geweben führt. Funktionelle Belastungen sowie hormonelle Faktoren spielen eine Rolle. Es gibt unterschiedliche Ausprägungsformen; als bekannteste Art gilt die Prostatavergrößerung.

Weitere, allerdings sehr seltene Zellkrankheiten, sind die I-Zellkrankheit, die man auch als Mukolipidose II bezeichnet, sowie Morbus Czernin (Mastozytose). Bei der I-Zellkrankheit spricht man von einer so genannten lysosomalen Speicherkrankheit; hierbei kommt es zu Transportschwierigkeiten von bestimmten Enzymen aufgrund eines Gendefekts.

Die Mastozytose beschreibt eine erhöhte Anzahl von Mastzellen, wovon die inneren Organe sowie die Haut betroffen sein können.

Stammzellen im Herzen können Pumpfunktion verbessern

Anatomie - Grafik des menschlichen Herzens mit umliegenden Blutgefäßen
menschliches herz © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Wissenschaftler des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin (MDC) Berlin-Buch und der Berliner Charité haben nachweisen können, dass es körpereigene Stammzellen im Herzen gibt, die nach einem Infarkt durch den Aufbau von neuem Gewebe die Pumpfunktion des Herzens verbessern.

Der Genschalter beta-Catenin ist der entscheidende Auslöser für die Gewebsbildung. Dieser Genschalter muss im Zellkern unterdrückt werden, um die körpereigene Regeneration des Herzens zu verbessern. Diese Entdeckung liefert neue Ansätze für eventuelle regenerative Therapieformen bei Herzschwäche. Im Rahmen der durchgeführten Studie konnten außerdem nachgewiesen werden, dass es im erwachsenen Herzen Stammzellen gibt.

Löchrige Zellmembrane als mögliche Ursache für Alterskrankheiten

Grafische Darstellung kranke Blutzelle
blood cell under attack © Stephen Sweet - www.fotolia.de

Forscher konnten im Rahmen einer Studie an Würmern eine interessante Entdeckung machen. So werden die wichtigen Zellkerne von einer Membrane umgeben, die als eine Art Filter dafür verantwortlich ist, was bis zum Zellkern durchdringen darf.

Je höher das Alter steigt, desto poröser zeigt sich dieser Molekülfänger, da nötige Proteine nicht mehr ausgetauscht und damit anfälliger für Angriffe werden. Gene, die für den Alterungsprozess wichtig sind, könnten dadurch verändert werden und Krankheiten verursachen. Die Wissenschaftler vermuten darin eine mögliche Erklärung für altersbedingte Erkrankungen.

Können Ersatzzellen auch Insulin produzieren?

Diabetiker in grauen Shorts gibt sich eine Insulinspritze in den Bauch
Diabetes patient gets an insulin injection in abdomen area © pittawut - www.fotolia.de

Viele Menschen leiden an der Stoffwechselkrankheit Diabetes, das heißt die Bauchspeicheldrüse produziert nicht mehr das wichtige Insulin, das den Blutzuckerspiegel reguliert. Nun haben Forscher eine Möglichkeit gefunden, wie man durch das Anschalten eines einzigen Gens die Zellen aktivieren kann, dass sie Insulin produzieren.

Bei Testversuchen mit zuckerkranken Mäusen konnten die Forscher das Gen Pax4 aktivieren und die Zellen haben danach Insulin hergestellt. Aber in der Bauchspeicheldrüse wird nicht nur das Hormon Insulin produziert, sondern auch Glukagon, das den Blutzucker ansteigen lässt.

Aber wenn das Gen Pax4 die Zellen veranlasst, Insulin zu produzieren, kommt es zu einem Mangel an Glukagon, es werden neue Glukagon-Zellen gebildet, die aber sofort in Insulin erzeugende Zellen umgewandelt werden. Somit müsste man in der Lage sein, wenn der Mensch davon Nutzen haben sollte, die Aktivierung der Insulin-Zellen zeitlich zu begrenzen.

Zellen, die helfen können, aber auch krankmachen

3D Grafik T-Hilferzellen
t-helfer zellen © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Jetzt haben kanadische Forscher Zellen entdeckt, die zwiespältige Funktionen ausüben können. So besitzen sie einmal die Fähigkeit Muskelverletzungen zu heilen, aber sie sind auch in der Lage krankhafte Wucherungen zu fördern. Bei diesen Zellen handelt es sich um eine Gruppe von Fett- und Bindegewebe bildender Vorläuferzellen, die im Muskelgewebe sind. Sie werden aktiv bei Muskelschäden, so dass der Muskel sich wieder regeneriert, aber dann werden sie wieder inaktiv.

Als Folge kommt es aber zu einer Überproduktion des Bindegewebes, der sogenannten Fibrose. Man will nun versuchen ein Medikament zu entwickeln, dass die Funktion dieser besonderen Zellen beeinflussen kann. Eine Fibrose hat auch andere Auswirkungen, so beispielsweise bestimmte Herzerkrankungen, Mukoviszidose, Leberzirrhose und chronische Niereninsuffizienz.

Neues Puzzleteil im Kampf gegen Alzheimer - einige Fresszellen beseitigen Plaque

Plaque im Gehirn von Alzheimerpatienten kann durch bestimmte Fresszellen entfernt werden

Ansicht von oben: Alter Mann sitzt allein auf Holzbank auf Kopfsteinpflaster
Einsamkeit © Ademoeller - www.fotolia.de

Forscher kommen der Alzheimer-Krankheit immer mehr auf die Spur. Nun ist man in Studien über das Protein „Amyloid“ gestolpert. Dieses kennt man als einen giftigen Bestandteil, der an der Entstehung von Plaque beteiligt ist, also den Ablagerungen im Gehirn, die zu Alzheimer führen können. Man bemerkte, dass dieses Eiweiß teilweise beseitigt wird. Der treue Helfer der Gesundheit: eine besondere Form der Fresszellen.

Verlangsamung des Krankheitsverlaufs

Fresszellen gehören zu unserem Immunsystem und bekämpfen Erreger, indem sie diese als Körperfeinde erkennen und „auffressen“. Die entdeckte Sonderform hat es ganz speziell auf „Amyloid“ abgesehen. Indem die Ablagerungen beseitigt werden, sterben weniger Hirnzellen ab und die Krankheit kann aufgehalten, oder zumindest stark verlangsamt werden.

Diese neue Erkenntnis will man sich in der Medizin jetzt konkret zu Nutze machen. Die Fresszellen benötigen bei ihrer Arbeit nämlich Hilfe. Sie brauchen ganz bestimmte Rezeptoren, damit die giftigen Eiweißablagerungen „verspeist“ werden können. Würde man es schaffen, sie bei dieser Arbeit zu unterstützen, könnte man die Bekämpfung aktiv von Außen fördern.

Neues Transplantat heilt Diabetes des Typ 1 bei Mäusen

Diabetes Teststreifen auf weißem Hintergrund
Diabetes test strips © yeti - www.fotolia.de

Diabetes des Typ 1 ist eine Autoimmunerkrankung, die es nötig macht, dass der Patient den Rest seines Lebens Insulin verabreicht bekommen muss. Allerdings ist die Krankheit heilbar, wenn man eine neue Bauchspeicheldrüse bekommt. Da die Spenderliste aber auch hier sehr lang ist, gibt es nur selten die notwendigen Implantate. Der zweite große Nachteil ist, dass Patienten nach dem Erhalt des Spenderorgans auf Immunsuppressiva angewiesen sind und dies kann für den Körper schlimmer sein, als täglich Insulin zu spritzen. Ein neues Transplantat könnte beide Probleme jedoch mit einer Klappe schlagen.

Ein Forscherteam aus Japan und Deutschland hat mit der Bauchspeicheldrüse von Schweinen gearbeitet. Bei den noch lebenden Tieren hatten sie ein Gen eingesetzt, das dafür sorgte, dass die Organe bei einer späteren Transplantation „spenderfreundlich“ sind und daher nicht abgestoßen werden. Als man diese veränderten Transplantate bei Mäusen ausprobierte, reagierten die Nager sehr positiv und ihr Diabetes wurde auch geheilt.

Bisher sind aber noch keine Studien am Menschen geplant, doch zumindest zeigen die Ergebnisse einen neuen möglichen Weg gegen Diabetes des Typ 1 auf. Wenn die Transplantate besser angenommen werden, könnten Immunsuppressiva hinfällig werden und da es genügend Schweineorgane gäbe, wäre auch die lange Empfängerliste kein Problem mehr.

Wissenschaftler wandeln vernarbtes Gewebe zu Muskelgewebe um

Grafik junger Mann zeigt seine Armmuskeln
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US-Wissenschaftler vom Duke University Medical Center in North Carolina ist es jetzt erstmals gelungen, vernarbtes Gewebe in den Herzmuskel einer Maus zu verpflanzen. Falls sich diese Methode auch bei Menschen bewährt, könnte man sie zur erfolgreichen Behandlungsmethode bei Herzinfarkt-Patienten anwenden, da zerstörtes Gewebe innerhalb kurzer Zeit erneuerbar ist.

Nach einem Herzinfarkt bildet sich in der Regel Narbengewebe am Herzmuskel, welches wiederum dessen Leistungsfähigkeit einschränkt. Bei der Erneuerung des geschädigten Gewebes werden Zellen gebildet, die denen der normalen Herzmuskelzellen sehr ähneln. Laut den Forschern wird mit dieser Variante der Zellforschung die Verwendung von embryonalen Stammzellen umgangen, sodass keine ethischen Probleme oder Diskussionen entstehen.

Verletzte Herzmuskeln - Patienten sollen mit ihren eigenen Hautzellen therapiert werden

Grafik Herz mit Blutgefäßen in blauem Brustkorb
menschliches herz © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Durch diverse Krankheiten kann es zu einer Schwächung des Herzmuskels kommen. Das führt zu einer Herzinsuffizienz, denn der Muskel hat nicht mehr die volle Kraft zum Arbeiten. Diese Herzschwäche kann den Alltag sehr belasten, denn jede Anstrengung verlangt bei schwacher Pumpleistung dem Körper zu viel ab. Um verletzte Herzmuskeln wieder aufzubauen, will man in der Medizin mit einer neuen Methode arbeiten. Den Patienten sollen die eigenen Hautzellen helfen.

Indem man ihnen die Zellen entnimmt, im Labor bearbeitet und zu Muskelgewebe umbaut, soll das Herz wieder gestärkt werden. Da die veränderten Zellen vom Betroffenen selbst kommen, sollten auch keine Abstoßreaktionen auftreten, wenn man sie einpflanzt. Bisher findet diese Methode in der Praxis noch keine Anwendung, doch das Verfahren hat Studien zufolge Zukunft. In ersten Versuchen wurden Hautzellen von zwei Patienten so verändert, dass sie funktionierende Herzzellen wurden. Ihre Programmierung war so erfolgreich, dass sie sich in schlagende Muskelzellen verwandelten.

Auch die Einpflanzung bei Versuchstieren stellte sich als machbar heraus. Das neue Gewebe wurde von den Herzmuskeln der Tiere angenommen und in den Zellverband integriert. Da man die genauen Risiken und eventuellen Nebenwirkungen beim Menschen noch nicht kennt, ist bisher noch offen, ob diese Methode in der Kardiologie schon bald Anwendung finden wird.

Silber lindert zwar Brandwunden - schädigt aber auch das Gewebe

Wer Brandwunden erlitten hat, benötigt schnelle Hilfe. Salben können Schmerzen lindern. Viele Salben enthalten Silber, das antibakteriell wirkt.

Jetzt hat ein Forscherteam unter Leitung von Professor Stephan Barcikowski von der Universität Duisburg-Essen herausgefunden, dass Silber menschliche Gewebezellen schädigt. Die keimtötende Wirkung ist zwar unbestritten, allerdings werden bei der entsprechenden Dosierung auch Fibroblasten beeinträchtigt. Fibroblasten sind Zellen, die eine wichtige Rolle bei der Synthese der Interzellularsubstanz spielen und deshalb für die Heilung wesentlich sind.

Werden die Proben außerdem mit Albumin angereichert, wird die antibakterielle Wirkung von Silber gedämpft. Albumin ist ein Eiweiß, das in Wunden durch das Blut auf natürliche Weise vorkommt.

Der Zusatz ist also kontraproduktiv, da die Heilwirkung eingeschränkt wird, die Zellschädigung jedoch trotzdem bleibt. Darum wird jetzt anderes Material für die Wundheilung unter die Lupe genommen, wie Eisen, Zink und Magnesium.

Lebensdauer von Zellen

Zellerneuerung in unserem Körper - ein Überblick der Lebensdauer von Zellen

Grafische Darstellung Fettzellen
fettzellen © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Die Annahme, die menschlichen Zellen würden sich alle sieben Jahre lang erneuern, ist weit verbreitet.

Tatsächlich allerdings handelt es sich bei der Zellerneuerung um einen komplexen Vorgang mit deutlichen Unterschieden innerhalb der jeweiligen körperlichen Bereiche. So gibt es Zellen, etwa solche im Nervensystem und Gehirn, die niemals ersetzt werden.

Wie alt werden Zellen?

Die Lebensdauer von Zellen im menschlichen Körper variiert sehr stark; von wenigen Stunden bis zu lebenslang ist alles vertreten. Im Laufe unseres Lebens sinkt die Anzahl an Zellen, sodass es zum Altern und schließlich auch zum Tod kommt.

Stammzellen sind in beinahe jedem unserer Organe vorhanden. Sie sorgen dafür, dass es stets zu neuen Zellen kommt, um beispielsweise Haut oder Blut zu erfrischen. Auch hierbei hängt es von der Körperregion ab, wie oft wir neue Zellen bekommen.

Zu den Zellen, die niemals erneuert werden, zählen auch die Haarfollikel. Aus diesem Grund ist eine Glatze auch in den meisten Fällen von dauerhaftem Zustand.

Blutstammzellen altern durch physiologischen Stress vorzeitig

Tierversuche bestätigen den Zusammenhang von physiologischem Stress und der vorzeitigen Zellalterung

Wissenschaftler untersucht Modell eines DNA Moleküls
Scientist examining a DNA molecule © imageit - www.fotolia.de

Blutstammzellen werden in der Medizin "hämatopoetische Stammzellen" genannt und sind für die Bildung aller Blutzellen im Körper verantwortlich. Diese Zellneubildung ist lebensnotwendig, weshalb die Gesundheit dieser Stammzellen so wichtig ist.

Auswirkung von physiologischem Stress auf die Zellalterung

Doch wer häufig Infektionen und Entzündungen erlebt oder einmal einen schweren Blutverlust verkraften musste, hat schlechte Karten: Um seine Blutstammzellen steht es deutlich schlechter.

Das hat eine aktuelle Forschungsarbeit herausgefunden und damit belegt, dass physiologischer Stress in den Zellen unmittelbar auf die Alterung der Zellen wirkt.

Wie sich physiologischer Stress auf die Zellen auswirkt

Um die Vorgänge zu erklären, beschreiben die deutschen Wissenschaftler die Arbeit gesunder Blutstammzellen mit dem Prozess des Schlafens:

Ist der Körper nicht gestresst, sind keine Entzündungen im Gange und genügend Blut vorhanden, besteht wenig Bedarf an neuen Blutzellen. Die Stammzellen können sich also ein Nickerchen gönnen und verbrauchen dabei wenig Energie.

Tritt plötzlich ein Blutverlust auf oder Zellen werden durch Infektionen oder andere Stressreaktionen beschädigt, müssen die Stammzellen hart arbeiten. Innerhalb kürzester Zeit müssen sie vom ruhigen Schlaf in hohe Produktivität wechseln.

Tierversuch bringt Antworten

Diese steile Leistungskurve führt zu DNS-Schäden, wie die Forscher im Tierversuch zeigten. Als die Stammzellen von Mäusen plötzlich viel zu tun bekamen - quasi der "Wecker" klingelte - traten neue Gendefekte auf.

Die Stammzellen mussten so aktiv sein, dass sie ihren Stoffwechsel zu ihren eigenen Ungunsten umstellten und damit vermehrt schädlichen Stoffwechselprodukten ausgesetzt waren. Das beschädigte sie.

Dauerstress besonders schädlich

Die Forscher konnten aber auch zeigen, dass seltener Stress noch kein gravierendes Problem ist. Kleinere und seltene DNS-Schäden werden nämlich nach der Arbeit repariert.

Nur wenn Dauerstress für die Blutstammzellen entsteht, wird das System überlastet und es bleibt keine Zeit für Reparaturen. Das Ergebnis in diesem Fall:

  • die DNS-Schäden bleiben bestehen
  • die betroffene Stammzelle kann weniger leisten
  • die Stammzelle verliert an Regenerationskraft

Mit anderen Worten: Physiologischer Dauersstress lässt die Zelle altern.

Forscher entschlüsseln die Details des programmierten Zelltods

Mit neuen Medikamenten soll Krebs auf einem neuen Level bekämpft werden

3D Grafik Zellen mit Zellkern
3d zellen mit zellkern © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Jede Zelle besitzt die Fähigkeit zur sogenannten Apoptose. Damit beschreibt die Biologie einen Vorgang, bei dem die Zelle sich selbst auslöscht. Es handelt sich also um eine Art "Selbstmord". Der Befehl wird dann aktiviert, wenn es große Schäden gibt, die die Zelle nicht mehr reparieren kann.

Um der Gemeinschaft an Zellen nicht zu schaden, wählt sie die Apoptose, da hierbei keine Entzündungsreaktion getriggert werden. Der programmierte Zelltod soll unter anderem verhindern, dass eine erkrankte Zelle bösartige Veränderungen ausprägt und zur Krebszelle wird. Doch genau das passiert immer wieder. Forscher wollten daher wissen, wie die Apoptose im Detail funktioniert und was bei Tumorzellen anders läuft.

Der programmierte Zelltod

Ein Blick ins Zellinnere zeigt, dass die Apoptose innerhalb der Mitochondrien beginnt. Diese sind kleine Zellbestandteile, die als Energiespender der Zelle dienen. In ihrem Inneren wartet das Eiweiß "Cytochrom c". Wird es aus den Mitochondrien hinausgelassen, fällt der Startschuss zum programmierten Zelltod.

Damit das niemals "aus Versehen" geschehen kann, besitzen Mitochondrien eine dichte Membranhülle. Cytochrom c muss diese Barriere überwinden, damit der Zelltod beginnen kann. Die zentrale Frage ist daher, wann und warum die Membran für das Eiweiß durchlässig wird.

Triggern der Poren-Öffnung

Im Experiment zeigten die Forscher, dass das Protein Bax hierbei eine Rolle spielt. Es befindet sich unmittelbar in der Membran und schließt sich zu Komplexen zusammen. Es entstehen dadurch kleine Tunnel, die durch die Membran durchführen. Man kann sie sich als Poren vorstellen, die sich öffnen und das Eiweiß Cytochrom c freigeben können. Krebszellen verfügen vermutlich über die Fähigkeit, die Poren geschlossen zu halten und damit den Zelltod zu verhindern.

An dieser Stelle könnte man daher mit Medikamenten ansetzen, die das Öffnen der Poren antriggern. Krebs könnte so auf einem neuen Level bekämpft werden. Im Umkehrschluss ist auch denkbar, Wirkstoffe zu erfinden, die die Poren geschlossen halten und so das Absterben von Nervenzellen, wie es bei vielen degenerativen Krankheiten vorkommt, zu verhindern.

Medizin: Beim Altern runzelt die Zellkernhülle

Zwei Hände eines Senioren, Altersflecken
Senior Hände © yamix - www.fotolia.de

Bei Kindern mit dem Progerie-Syndrom haben amerikanische Wissenschaftler entdeckt, dass die Umhüllungen der Körperzellen Runzeln und Falten aufweisen. Diese Krankheit befällt Kinder, die schnell alt werden und oftmals sehr früh sterben.

Die Wissenschaftler untersuchten nun die Zellkerne von den kranken Kindern und haben sie mit denen von alten Menschen verglichen. Dabei stellten sie fest, dass auch bei diesen eine faltige Oberfläche vorhanden ist und eine Veränderung des Erbguts dafür zuständig ist. Diese sorgt für eine Fehlproduktion des Zellkernbestandteils Lamin A..

Wird die Fehlproduktion gestoppt, könnten die Forscher die Zellen wieder verjüngen, sagt der Forscher Tom Mistelli. Mit Medikamenten will man nun versuchen, diese Fehlproduktion zu verhindern.

Schlüssel zur ewigen Jugend? - Forscher verjüngen Mäuse

Durch die Zerstörung von Seneszenz-Zellen lassen sich alterstypische Erscheinungen stoppen

Forscherin schnibbelt mit einer Schere an einem blauen DNA-Modell
gen schere 1 © Gernot Krautberger - www.fotolia.de

Was der Mediziner "Seneszenz" nennt, bezeichnet den normalen Alterungsprozess bei allen Lebewesen. Der Prozess ist genetisch gesteuert und abhängig von der Energie. Je älter wir werden, desto weniger Energie steht den Zellen zur Verfügung. Jede Zelle kann sich damit nur für eine gewisse Zeit teilen, irgendwann ist nicht mehr genügend Energie für diese Zellteilung vorhanden - wir altern. Es ist ein alter Wunschtraum der Menschheit, das Altern aufzuhalten.

Zerstörung der Seneszenz-Zellen

Diesem Traum ist man nun tatsächlich etwas näher gekommen, denn Forschern ist es gelungen, das Altern von Labortieren zu stoppen. Dafür zerstörten sie im Körper der Mäuse die sogenannten "Seneszenz-Zellen". Über sie wird unser Alterungsprozess maßgeblich mitbestimmt. Es sind all jene Zellen, die ihre maximale Anzahl von Teilungen bereits erreicht haben.

Je älter wir werden, desto mehr dieser Zellen besitzen wir. Indem die Forscher die "Seneszenz-Zellen" bei den Mäusen zerstörten, verjüngten sie die Tiere. Sie veränderten die Zellen so, dass sie ein Enzym namens "Caspase 8" bildeten. Dieses Enzym wirkt schädlich auf die Zellwände und zerstört somit die Zelle.

Faltenbildung aufhaltbar?

Das Absterben der "Seneszenz-Zellen" erhöhte bei den Mäusen aber nicht die Lebenserwartung. Es wurden nur die alterstypischen Erscheinungen gestoppt. Für die Schönheitschirurgie könnte das einmal interessant werden, wenn man durch das Einwirken auf die Zellen die Faltenbildung stoppen könnte. Dies ist aber noch Zukunftsmusik.

Interessante Fakten zum Absterben und der Neubildung von menschlichen Körperzellen

Grafik 3D Nervenzellen
aktive nervenzelle © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Körperzellen haben gewissermaßen ein Verfallsdatum, das nach Erkenntnissen der Wissenschaft direkt mit ihrer Funktion zusammenhänge. So gäbe es zum Beispiel Blutzellen, die nur wenige Stunden oder maximal einen Tag lang überdauern würden. Insgesamt stürben im Schnitt sogar 300 Millionen Körperzellen pro Minute. Das sei jedoch kein Problem, da der Körper immer wieder neue Zellen produziere. Allein am Beispiel von Lymphozyten genannten Blutzellen seien es gut 10000 neue Zellen pro Sekunde.

Allerdings nehme die Reproduktionsrate im voranschreitenden Alter ab, sodass der Körper beispielsweise die Muskelzellen des Herzens, die als die langlebigsten Körperzellen gelten, ab einem Alter von etwa 25 Jahren nur noch um etwa ein Prozent regeneriere. Somit tausche er im Verlauf seines Lebens lediglich 50 Prozent seiner Herzzellen aus, wohingegen zum Beispiel Knochenzellen bereits nach circa 10 Jahren zu 100 Prozent ausgetauscht würden.

Das sei auch der Hauptgrund, warum die Genesung nach Herzinfarkten oder sonstigen Herz-Kreislauf-Erkrankungen verhältnismäßig langwierig wäre. Außerdem sei es ein Grund dafür, dass Erkrankungen des Herzkreislaufsystems zu den Haupttodesursachen zählten.

Schutz der Zellen

Faule Eier können Zellen schützen

Sieben ganze Eier
Eier © Birgit Reitz-Hofmann - www.fotolia.de

Eigentlich sind faule Eier für empfindliche Nasen kein besonders schönes Erlebnis. Der unangenehme Geruch sorgt eher dafür, das wir das Weite suchen. Denn der Geruch nach Schwefelwasserstoff steht im Verdacht, hochgiftig zu sein. Nun haben jedoch britische Forscher herausgefunden, dass Schwefelwasserstoff an der richtigen Stelle und in der richtigen Dosierung nicht nur stinkt, sondern auch sehr hilfreich sein kann.

Denn auch unsere Zellen stellen Schwefelwasserstoff her. Und zwar immer dann, wenn diese gestresst sind. Sie produzieren dieses mit Hilfe von Enzymen und stellen so das Überleben der Zellen sicher. Zudem kann der kleine stinkende Stoff dabei helfen, Entzündungen und Krankheiten zu regulieren. Besonders bei einem Schlaganfall, Demenz, Herzschwäche und Diabetes ist dies sehr wichtig.

Englische wie auch amerikanische Forscher haben nun herausgefunden, wie sie Schwefelwasserstoff in kleinsten Mengen für die Zellen auch künstlich bereitgestellt werden kann. Nimmt man diese Substanz, schützt dies zusätzlich die Zellen und kann verschiedene Krankheitsbilder positiv beeinflussen. Momentan sind die positiven Forschungsergebnisse nur an Tieren nachzuweisen. Für die Zukunft hofft man, dass sie auch auf Menschen übertragen werden können.

Sind Freie Radikale schützende Winzlinge?

Den Freien Radikalen eilt ständig ein schlechter Ruf voraus. Zellschädigend, krankmachend und ein rascheres Provozieren des Alters sind nur einige der Eigenschaften, die den Freien Radikalen nachgesagt werden. Allerdings hat sich nun gezeigt, dass winzige Mengen der Radikalen eine positive Wirkung auf den Organismus haben können.

In einem Versuch mit Hefepilzen an der University of California, San Diego, konnte aufgezeigt werden, dass diese nach einer Konfrontation mit etwas Wasserstoffperoxid anschließend größere Angriffe besser überstanden.

Wasserstoffperoxid gehört zu den am häufigsten Freien Radikalen im menschlichen Körper und gilt als recht aggressiv. Negativ ging dieser Versuch allerdings für Pilzzellen aus, die sofort mit einer größeren Ladung Wasserstoffperoxid bombardiert wurden.

Aus Alt mach Neu - Blutstammzellen können verjüngt werden

Grafik Blutkörperchen bewegen sich durch Blutbahn
fließendes blut © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de

Ein Team von Wissenschaftlern der Universitätsklinik Ulm hat jetzt herausgefunden, dass man gewisse Alterungsprozesse der Blutzellen rückgängig machen kann. Dabei handelt es sich um die weißen und roten Blutkörperchen, dessen Eiweißstoffe im Laufe der Jahre eine höhere Konzentration aufweisen.

Mit der Substanz CASIN haben die Forscher den Eiweißstoff bei Untersuchungen mit Mäusen erfolgreich absenken können, womit die Zellen quasi erneuert wurden. Dies hat sich bei den Tests durch Strukturveränderungen deutlich gemacht, da diese sich im Alterungsprozess stark verschieben.

Möglicherweise kann diese Methode auch auf andere Gebiete übertragen werden und dient damit nicht nur zur Erneuerung der Blutzellen im Körper.

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Quellenangaben

  • Bildnachweis: 3d zellen mit zellkern © Sebastian Kaulitzki - www.fotolia.de
  • Bildnachweis: Mitosis. Stage four © Tatiana Shepeleva - www.fotolia.de
  • Bildnachweis: Human animal cell © Explorer - www.fotolia.de
  • Bildnachweis: Krebszelle © Henrie - www.fotolia.de

Autor:

Paradisi-Redaktion - Artikel vom (zuletzt überarbeitet am )

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