Klonieren von Tieren

Produktion eines oder mehrerer genetisch identischer Individuen.

Unterscheidung zwischen therapeutischem Kloniereun und reproduktivem Klonieren

-Bei Pflanzen häufig (vegetative Fortpflanzung) z.B. Kartoffelknollen. Wichtig in der Pflanzenzucht: Vermehrung durch Stecklinge oder Pfropfen.

-Bei niederen Tieren asexuelle Fortpflanzung durch Knospung (Hydra, Korallen).

-Bei höheren Tieren inkl. Säuger: eineiige Zwillinge oder Mehrlinge.

Ziel: genetische Duplikate eines schon existierenden Tieres generieren ->Dolly das schaf

-Zellkern Keimzelle (Eizelle) wird durch denjenigen einer somatischen Zelle ersetzt. Ab da an nennt man es Pre-embryo

-Pre-embryo wird in Gebärmutter eines pseudograviden (pseudoschwanger) Tieres implantiert ->neues tier etwickelt sich

Probleme: chromosomen, die bei jeder Zellteilung an Telemoeren verkürzt werden->Zelle stirbt wenn Teleomer aufgebraucht->Klon erbt nicht nur genetische Identität Spendetieres sondern auch dessen Alter -> Dolly starb einem viel zu früh einsetzenden Alterungsprozess nach 5 Jahren

Embryosplitting: künstliche Mehrlingspaltung. Zelle Embryos sind je nach Spezies während der ersten Zellteilung totipotent, normalerweise jedoch nur bis zum Achtzellstadium. Embryo wird zerlegt und mit künstlicher Schutzhülle versehen->eigenständiger Embryonen zu einzelnen Individuen entwickeln. Passiert auch auf natürliche Weise bei eineiigen Zwillingen. Das Embryosplitting verändert weder das Alter noch die (Toti-) Potenz der verwendeten Zellen

(Bsp: Man zerlegte 107 Embryonen von Rhesusäffchen und erzeugte somit 368 Mehrlinge. Nach insgesamt vier erzielten Schwangerschaften wurde ein Äffchen geboren).

Bei künstlichen Befruchtung werden mehrere Embryonen erzeugt, von denen nur einige der Mutter eingepflanzt werden -> kann mittlerweile die Embryonen vor Einpflanzung untersuchen auf Gene für Erbkrankheiten->Selektioniert nicht-Träger der Erbkrankheit  (Erbkrankheit zB in einer betreffenden Familie) ->ACHTUNG: keine Design-Baby und auch keine direkte genetische Manipulation

-Zellkerne Eizelle wird entfernt und durch beliebige Körperzelle des Patienten ersetzt. Als Alternative kann auch eine Stammzelle verwendet werden.

-Stimulierung der Eizelle (u.a. elektrisch)-> beginnt sich zu teilen.

-Von den wachsenden Zellen werden dann embryonale Stammzellen entnommen, welche, abgesehen von der mitochondrialen DNA der Eizelle, genetisch identisch sind mit dem Patienten.

-Mittels Differenzierungsfaktoren können dann differenzierte Zellen, Gewebe oder sogar ganze Organe gezüchtet werden, welche Zellen eines bestimmten Organes des Patienten ersetzen/komplementieren sollen.

Diese Technik hat gegenüber der herkömmlichen Transplantationstechnik grosse Vorteile: der Nachschub wäre unbegrenzt, es gäbe keine Wartelisten, das Gewebe hätte die DNA des Empfängers, und würde somit nicht abgestossen werden (die Person müsste keine Immunsuppressiva einnehmen).

1.Die Heilung schwerer Nervenleiden wie Alzheimer, Parkinson und Multiple Sklerose durch injizieren der gezüchteten, differenzierten Nervenzellen

2.Die Heilung von Diabetes mittels Einsetzen von Insulin-produzierenden Zellen

3.Das Ausschalten der Abstossungs- bzw. Immunreaktion in der Transplantationsmedizin

4.Der Aufbau von Herzmuskelzellen für Infarktpatienten

1.Der Eizellverbrauch ist aufgrund der schlechten Effizienz des Kerntransfers immens

2.Die unkalkulierbare Gefahr durch fehlerhafte Reprogrammierungen, das Fehlen einer Rekombination und der haploiden Phase sowie Imprintingprobleme (epigenetische Vererbung)

3.Die ethischen Bedenken (Patient oder Embryo, der Wert einer Stammzelle, ...)

Bevor das therapeutische Klonieren als Therapie beim Menschen und Tier eingesetzt werden kann, müssen noch viele Risiken untersucht und Fragen beantwortet werden.

Teilungsfähige Zellen, die noch nicht ausdiffereniert sindàkönnen sich vermehren ohne Pluripotenz zu verlieren und nach Behandlung mit Differenzierungshormonen in organspezifische Zellen differenzieren

Die verschiedenen Arten von Stammzellen:

-Embryonale Stammzellen

-Adulte Stammzellen

-Nabelschnur-Stammzellen

-Fötale Stammzellen

-Menstruationsblut- Stammzellen (Endometrium Stammzellen)

-Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen)

aus 4 - 5 Tage alten Embryonen (Blastozysten) gewonnen->In diesem Stadium besteht der Embryo aus 100 bis 150 Zellen.

ES-Zellen sind „pluripotent”: Sie können sich in mehr als 200 Zelltypen entwickeln (aber nicht in einen ganzen Menschen).

Ethisch sind ES-Zellen umstritten, weil bei ihrer Gewinnung ein potenzieller Mensch zerstört wird.

in erwachsenen Menschen: im Knochenmark, in der Haut, im Hirn.

Diese Stammzellen gelten als „multipotent” und können sich daher in der Regel nur noch in bestimmte Zelltypen eines einzigen Gewebes entwickeln: Hirnstammzellen etwa in Nervenzellen und Stützzellen.

• Verschiedene Studien deuten darauf hin, dass sich adulte Stammzellen möglicherweise auch in andere Gewebe verwandeln lassen :
• – Blutstammzellen etwa in Leberzellen oder Hirnzellen.

Ethisch gelten sie als unbedenklich.

Stammzellen aus dem Nabelschnurblut werden erfolgreich bei Kindern für die Behandlung von angeborenen Immunkrankheiten oder Blutkrebs verwendet (als ideale Alternative für aufwändige Knochenmarktransplantationen).

Ethisch sind Nabelschnur-Stammzellen unbedenklich.

aus abgetriebenen Föten gewonnen. ->Menschliche embryonale Stammzellen werden aus wenige Tage alten Embryonen gewonnen, die dabei sterben.

-Sie gelten als viel versprechende Alleskönner, um einmal Ersatzzellen für chronische Kranke liefern zu können. Bisher waren aber fast alle der Weltweit gewonnenen Stammzelllinien nicht für die Therapie von Menschen geeignet.

-Problem: Damit die Zellen im Labor wachsen, benötigen die Zellen spezielle Faktoren, welche die Forscher noch nicht genau kennen. Deshalb kultivieren die Wissenschaftler die Zellen so, wie sie es mit den Stammzellen von Mäusen tun, nämlich auf Helferzellen der Maus. ->Gefahr der tierischen Fütterungszellen: tierische Viren auf den Menschen übertragen.

->Inzwischen existieren zwar Stammzelllinien, die auf menschlichen Helferzellen wachsen können.

-US-Forscher haben nun ein neues System entwickelt, um menschliche embryonale Stammzellen im Labor wachsen zu lassen, sodass sie sich für zukünftige Therapien besser eignen. Die Zellen wachsen auf einem Geflecht von Proteinen.

Ethisch gelten sie als weniger heikel als ES-Zellen, weil abgetriebene Föten bereits tot sind.

Endometrium: -ist die innere Membran des Uterus -Ursprung für verschiedene Typen von Stammzellen (epitheliale, mesenchymale und endotheliale), die auch aus Menstruationsblut isoliert werden können.

-Endometrium Stammzellen wurden erst 2007 entdeckt und werden in Hinblick auf personalisierte Medizin und Therapien verschiedener Krankheiten intensiv untersucht.

-Firmen bieten bereits an, die Endometrium Stammzellen aus dem Menstruationsblut von Frauen (gegen Bezahlung) einzufrieren und für eine möglich Anwendung in der Zukunft zu lagern.

-Bis jetzt existiert aber noch keine etablierte Anwendung für diese Zellen.

Mittlerweile ist es möglich, menschliche Zellen zu de-differenzieren und das Protein c-Myc, welches kanzerogen ist, wird nicht mehr benötigt.

Es ist sogar möglich Zellen lediglich durch die Zugabe von Proteinen und speziellen Faktoren (ohne Transduktion) zu reprogrammieren.

Die wichtigsten Eigenschaften der iPS-Zellen: -fast unbegrenztes Vermehrungspotential in Kultur -Möglichkeit sie spezifisch zu jedem gewünschten Zelltyp differenzieren zu lassen.

->So ist es beispielsweise auch möglich wenige differenzierte Zellen aus einem Organ mit einem Defekt zu entnehmen, zu iPS-Zellen zu reprogrammieren, und anschliessend für in vitro Experimente oder Wirkstofftests zu verwenden.

iPS-Zellen ohne Defekte oder nach einer Gentherapie können auch das Ausgansmaterial für Zelltherapien bilden. ->iPS-Zellen als Alternative zu embryonalen oder fötalen Stammzellen betrachtet und es besteht ein grosses kommerzielles Interesse, obwohl die spezifischen Eigenschaften von iPS-Zellen und die Unterschiede zu „echten“ embryonalen oder fötalen Stammzellen noch wenig genau untersucht sind.

Im Jahr 2006 gelang es erstmals in differenzierten Zellen (Maus-Fibroblasten) durch Transduktion mit Retroviren, welche die Transkriptionsfaktoren Oct-3/4, SOX2, c-Myc und Klf4 exprimieren, einen pluripotenten Zustand zu induzieren und somit induzierte pluripotente Zellen (iPS-Zellen) zu generieren.