Dieser Kurs bietet einen umfassenden Überblick über die Stammzellbiologie und Regenerationsprozesse bei verschiedenen Organismen. Der Kurs behandelt grundlegende Konzepte wie die Definition von Stammzellen, embryonale und adulte Stammzellen sowie Stammzellnischen und befasst sich anschließend mit spezifischen Stammzellparadigmen sowohl bei Wirbellosen (C. elegans, Drosophila) als auch bei Wirbeltieren (hämatopoetische, intestinale, neurale und andere Stammzelltypen). Der Kurs befasst sich zudem mit Regenerationsprozessen in verschiedenen Organismen, der „Stammzelltheorie“ von Krebs, Methoden zur Differenzierung embryonaler Stammzellen sowie induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen). Der Unterricht umfasst Vorlesungsinhalte, ergänzt durch Journal-Club-Sitzungen, in denen die Studierenden Primärartikel zu stammzellbasierten Therapien und Krebsstammzellen diskutieren.
Der Kurs „Stammzellen und Regeneration “ bietet einen umfassenden Einblick in die Stammzellbiologie und die Regenerationsmechanismen verschiedener Organismen. Die Studierenden lernen embryonale und adulte Stammzellen, ihre charakteristischen Merkmale sowie die spezialisierten Mikroumgebungen (Nischen) kennen, die ihr Verhalten regulieren. Der Kurs umfasst detaillierte Untersuchungen von Stammzellsystemen sowohl in wirbellosen Modellen (C. elegans, Drosophila) als auch in Wirbeltieren, wobei der Schwerpunkt insbesondere auf hämatopoetischen, intestinalen, muskulären, neuralen und Keimbahn-Stammzellen liegt.
Auf dieser Grundlage werden wir uns in der zweiten Hälfte des Kurses mit der Regeneration befassen und dabei die vorherrschenden Regenerationsprozesse bei Wirbellosen (Hydra, Planaria) und Wirbeltieren (Zebrafisch, Amphibien) vergleichen. Die Studierenden werden die zellulären Mechanismen untersuchen, die der Regeneration zugrunde liegen, darunter Entdifferenzierung, Transdifferenzierung und stammzellbasierte Reparatur, und dabei die epigenetische Regulation sowie die Positionsinformationssysteme erforschen, die diese Prozesse steuern. Die Beziehung zwischen Stammzellen und Krebs wird zudem anhand der „Stammzelltheorie“ des Krebses untersucht, wobei geprüft wird, wie normale Stammzellmechanismen während der malignen Transformation missbraucht werden können.
Der abschließende Teil des Kurses befasst sich mit angewandten Aspekten der Stammzellbiologie, darunter Methoden zur Differenzierung embryonaler Stammzellen (ES-Zellen) in bestimmte Zelllinien, die Entwicklung von Organoiden sowie die bahnbrechende Technologie der induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen). Durch Vorlesungen und Diskussionen im Rahmen des Journal Clubs über Primärartikel aus der Forschung können die Studierenden kritische analytische Fähigkeiten entwickeln und gleichzeitig Einblicke in modernste Stammzelltherapien und -forschung gewinnen.
Dieser Kurs beleuchtet insgesamt die Zusammenhänge zwischen den Grundlagen der Zell- und Molekularbiologie und den praktischen Anwendungen in der regenerativen Medizin und der Behandlung von Krankheiten.
Nach Abschluss des Kurses „Stammzellen und Regeneration“ verfügen die Studierenden über ein umfassendes Verständnis der Stammzellbiologie und regenerativer Prozesse. Dies versetzt sie in die Lage, verschiedene Stammzelltypen zu definieren und voneinander zu unterscheiden, die Struktur und Funktion von Nischen in verschiedenen Organismen zu erläutern, Regulationsmechanismen und Signalwege zu analysieren sowie Regenerationsprozesse zu bewerten. Die Studierenden werden in der Lage sein, die Stammzelltheorie des Krebses kritisch zu bewerten, Methoden zur Stammzelldifferenzierung und Organoidbildung zu beschreiben, die Prinzipien der iPSC-Technologie zu erläutern und die Forschungsliteratur auf diesem Gebiet zu analysieren. Diese Fähigkeiten ermöglichen es den Studierenden, ihr Wissen über Stammzellen mit übergeordneten Konzepten der Entwicklungsbiologie und Medizin zu verknüpfen, und bereiten sie darauf vor, sich sowohl mit grundlegenden Forschungsfragen als auch mit potenziellen therapeutischen Anwendungen in der regenerativen Medizin auseinanderzusetzen.
Am Ende des Kurses wird der Lernende in der Lage sein:
– den Begriff „Stammzellen“ zu definieren und zwischen verschiedenen Arten von Stammzellen (embryonale, adulte, gewebespezifische) zu unterscheiden
– den Aufbau und die Funktion von Stammzellnischen in verschiedenen Organismen und Gewebetypen zu erläutern
– die Regulationsmechanismen von Stammzellen bei verschiedenen Modellorganismen (C. elegans, Drosophila, Wirbeltiere) zu vergleichen und gegenüberzustellen
– die Rolle wichtiger Signalwege (Notch, Wnt) bei der Erhaltung und Differenzierung von Stammzellen zu analysieren
– zwischen verschiedenen Regenerationsarten (Morphallaxis vs. Epimorphose) und deren Mechanismen zu unterscheiden
– Die „Stammzellentheorie“ des Krebses und ihre Auswirkungen auf die Krebsbiologie bewerten
– Methoden zur Differenzierung embryonaler Stammzellen und zur Organoidbildung beschreiben
– Die Prinzipien und Anwendungen der Technologie induzierter pluripotenter Stammzellen (iPS) erläutern
– Primärliteratur aus dem Bereich der Stammzellbiologie und Regeneration kritisch analysieren
– Kenntnisse der Stammzellbiologie mit übergeordneten Konzepten der Entwicklungsbiologie und Medizin verknüpfen
Einige empfohlene (aber nicht obligatorische) Lektüren:
– Lewis/Tickle/Martinez Arias (Hrsg.): Principles of Development (6. Auflage) – Kapitel 8 (Zelldifferenzierung und Stammzellen)
– Siddhartha Mukherjee: The Song of the Cell
– Alfonso Martinez-Arias: The Master Builder
Der Kurs besteht hauptsächlich aus Vorlesungen und empfohlener Lektüre. Am Ende des Kurses werden wir (sofern es die Zeit erlaubt) einige Sitzungen im Stil eines Journal Clubs abhalten.
Zeugnis