Wenn man von Stammzellen spricht, unterscheidet man generell zwischen embryonalen und adulten Stammzellen.
Adulte Stammzellen
Adulte Stammzellen findet man in vielen Geweben des Körpers, zum Beispiel in der Haut. Es braucht sie, um beschädigtes Gewebe zu ersetzen, aber sie können nur wenige verschiedene Zellarten bilden. Bei kleinen Verletzungen, wie zum Beispiel Schürfungen, werden Stammzellen in der Haut aktiv und bilden neue Hautzellen. Das Reservoir an Stammzellen füllt sich danach ebenfalls wieder auf, um für die nächste Verletzung wieder bereit zu sein. Genauso wie Stammzellen in der Haut nur Hautzellen bilden können, sind Blut-Stammzellen aus dem Knochenmark nur in der Lage, neue Blutzellen zu liefern. Auch in allen anderen Organen wie der Leber oder der Niere müssen alte Zellen regelmässig ausgetauscht werden, damit diese Organe weiterhin einwandfrei funktionieren können. Deshalb gibt es auch dort gewebespezifische Stammzellen.
Embryonale Stammzellen
Embryonale Stammzellen sind in der Lage, sich in alle 200 Zelltypen des Menschen zu entwickeln – dazu gehören unter anderem Nervenzellen, Herzmuskelzellen, Leberzellen oder Blutzellen.
Unter bestimmten Umständen können Paare, die eine künstliche Befruchtung durchgeführt haben, ihre überzähligen Embryonen der Forschung spenden. In diesem Fall wachsen die Embryonen einige Tage lang ausserhalb des Mutterleibs in einer Nährlösung weiter. Sobald sie aus 100–200 Zellen bestehen, werden einige embryonale Stammzellen entnommen und im Labor als sogenannte Stammzell-Linien weiter gezüchtet.
Weil die Verwendung von wenige Tage alten Embryonen ethisch heikel ist, ist die Forschung mit embryonalen Stammzellen umstritten. In der Schweiz dürfen solche überzähligen Embryonen nur für bewilligte Forschungsprojekte mit klar definierten wissenschaftlichen Zielen verwendet werden, die nicht auf anderem Weg erreicht werden können.
Ersatz für embryonale Stammzellen
Wegen der ethischen Bedenken, Embryonen für die Forschung zu opfern, wurde schon bald nach anderen Methoden gesucht, um Stammzellen zu gewinnen, die sich in alle anderen Zelltypen entwickeln können. Der Durchbruch gelang 2006: Zellen aus der Schwanzspitze von Mäusen konnten in Zellen zurückverwandelt werden, die wie embryonale Stammzellen alle Gewebetypen hervorbringen können. Solche Zellen induzierte nennt man pluripotente Stammzellen (iPS). Für die Entdeckung, wie man ausgereifte Zellen in Stammzellen zurückverwandeln kann, wurde dem Japaner Shinya Yamanaka 2012 der Nobelpreis in Medizin verliehen.
Darüber hinaus gelang es einer Forschungsgruppe in Kalifornien 2010 erstmals, Zellen direkt in eine bestimmte Zellart zu verwandeln. Diese direkte Reprogrammierung von Hautzellen in Herzmuskelzellen gelang mit Hilfe von drei Proteinen. Durch die neue Methode kann wertvolle Zeit gewonnen werden, da man nun nicht erst pluripotente Stammzellen herstellen muss, um Herzmuskelzellen zu gewinnen. Seit dieser Entdeckung berichten immer mehr Forschende von erfolgreichen direkten Reprogrammierungen anderer Zellarten.
Induzierte pluripotente Stammzellen besitzen allerdings nicht ganz alle Eigenschaften embryonaler Stammzellen. Deshalb kann man für gewisse Forschungsfragen in absehbarer Zeit nicht vollständig auf die aus Embryonen gewonnenen Stammzellen verzichten.
Forschung mit Stammzellen
Die Wissenschaft hegt aus verschiedenen Gründen Interesse an embryonalen Stammzellen. Einerseits kann mit ihnen erforscht werden, wie sich Gewebe und Organe entwickeln und welche Gene dabei eine Rolle spielen. Andererseits hofft man, dass es eines Tages möglich ist, beschädigte oder bei Unfällen verloren gegangene Zellen durch Ersatzzellen auszutauschen.
Wenn beispielsweise das Rückenmark von Querschnittsgelähmten bei einem Unfall durchtrennt wird, könnten neue, aus Stammzellen gewonnene Nervenzellen die Verbindung im Rückenmark wieder herstellen und den Patienten so das Gehen wieder ermöglichen. Bei Versuchen an Mäusen sind diesbezüglich bereits erste Erfolge zu verzeichnen.
Wie jede neue Technologie birgt auch die Stammzelltherapie Risiken. In Versuchstiere verpflanzte Stammzellen entwickeln sich nicht immer wie beabsichtigt: In manchen Fällen bilden die Zellen ein Krebsgeschwür. Dies zu verhindern gilt als einer der wichtigsten Meilensteine auf dem Weg zu einer erfolgreichen Stammzelltherapie.
In der Schweiz wurde von 2011–2016 ein Nationales Forschungsprogramm mit dem Schwerpunkt Stammzellen und regenerative Medizin durchgeführt.