Grenzenlose Anatomie und Physiologie

Entwicklung von Blut

Hämatopoetische Stammzellen befinden sich im Knochenmark und haben die einzigartige Fähigkeit, sich in alle reifen Blutzelltypen zu differenzieren.

Hämatopoetische Stammzellen (HSCs) befinden sich im Knochenmark und haben die einzigartige Fähigkeit, alle verschiedenen reifen Blutzelltypen entstehen zu lassen.

Die Rolle von HSCs

HSCs erneuern sich selbst. Wenn sie sich vermehren, verbleiben zumindest einige ihrer Tochterzellen als HSCs, so dass der Stammzellenpool nicht erschöpft wird. Die anderen Töchter von HSCs, myeloische und lymphoide Vorläuferzellen, können sich jeweils an einen der alternativen Differenzierungswege binden, die zur Produktion einer oder mehrerer spezifischer Arten von Blutzellen führen, können sich jedoch nicht selbst erneuern. Dies ist einer der lebenswichtigen Prozesse im Körper. Die Entwicklung verschiedener Blutzellen von HSCs zu reifen Zellen wird Hämatopoese genannt.

Hematopoiesis: A comprehensive diagram showing the development of different blood cells from hematopoietic stem cell to mature cells.

Blutzellen sind in drei Linien unterteilt:

• Erythrozyten sind sauerstofftragende rote Blutkörperchen, die von gewöhnlichen myeloischen Vorläufern stammen.
• Lymphozyten sind der Eckpfeiler des adaptiven Immunsystems. Allgemein bekannt als weiße Blutkörperchen, werden sie von gemeinsamen lymphoiden Vorläufern abgeleitet. Die lymphatische Linie besteht hauptsächlich aus T-Zellen und B-Zellen.
• Myelozyten, zu denen Granulozyten, Megakaryozyten und Makrophagen gehören, stammen von gemeinsamen myeloischen Vorläufern ab und sind an so unterschiedlichen Rollen wie angeborener Immunität, adaptiver Immunität und Blutgerinnung beteiligt.

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Bei sich entwickelnden Embryonen erfolgt die Blutbildung in Aggregaten von Blutzellen im Dottersack, den sogenannten Blutinseln. Mit fortschreitender Entwicklung kommt es zu einer Blutbildung in Milz, Leber und Lymphknoten. Wenn sich das Knochenmark entwickelt, übernimmt es schließlich die Aufgabe, die meisten Blutzellen für den gesamten Organismus zu bilden. Reifung, Aktivierung und eine gewisse Proliferation lymphoider Zellen treten jedoch in sekundären lymphoiden Organen wie Milz, Thymus und Lymphknoten auf. Bei Kindern tritt Hämatopoese im Mark der langen Knochen wie Femur und Tibia auf. Bei Erwachsenen tritt es hauptsächlich im Becken, im Schädel, in den Wirbeln und im Brustbein auf.

Reifung

Wenn eine Stammzelle reift, erfährt sie Veränderungen in der Genexpression, die die Zelltypen einschränken, zu denen sie werden kann, und sie näher an einen bestimmten Zelltyp bringen. Diese Veränderungen können oft verfolgt werden, indem das Vorhandensein von Proteinen auf der Oberfläche der Zelle überwacht wird. Jede nachfolgende Änderung bringt die Zelle näher an den endgültigen Zelltyp heran und schränkt ihr Potenzial, ein anderer Zelltyp zu werden, weiter ein.

Bestimmung

Die Zellbestimmung scheint durch den Ort der Differenzierung bestimmt zu werden. Zum Beispiel bietet der Thymus eine ideale Umgebung für Thymozyten, um sich in eine Vielzahl funktioneller T-Zellen zu differenzieren. Für die Stammzellen und andere undifferenzierte Blutzellen im Knochenmark werden Blutzellen nach dem Zufallsprinzip zu bestimmten Zelltypen bestimmt. Die hämatopoetische Mikroumgebung herrscht über einige der Zellen, um zu überleben, und einige, um Apoptose durchzuführen und zu sterben. Durch die Regulierung dieses Gleichgewichts zwischen den Zelltypen kann das Knochenmark die Menge der verschiedenen zu produzierenden Zellen verändern.

Hämatopoetischer Wachstumsfaktor

Die Produktion roter und weißer Blutkörperchen wird bei gesunden Menschen mit großer Präzision reguliert, und die Produktion von Granulozyten wird während der Infektion rasch erhöht. Koloniestimulierende Faktoren (CSFs) sind sekretierte Glykoproteine, die an Rezeptorproteine auf den Oberflächen hämatopoetischer Stammzellen binden und dadurch intrazelluläre Signalwege aktivieren, die dazu führen können, dass sich die Zellen vermehren und zu einer bestimmten Art von Blutzellen differenzieren.

Erythropoetin wird benötigt, damit eine myeloische Vorläuferzelle zu einem Erythrozyten wird. Auf der anderen Seite lässt Thrombopoietin myeloische Vorläuferzellen zu Megakaryozyten differenzieren, die Blutplättchen produzieren.

Entwicklung des Gefäßsystems

Die Entwicklung des Kreislaufsystems erfolgt zunächst durch den Prozess der Vaskulogenese. Vaskulogenese ist die Bildung eines frühen Gefäßsystems, das durch genetische Faktoren festgelegt wird. Blutinseln bilden sich im Dottersack eines Embryos durch zelluläre Differenzierung von Hämangioblasten in Endothelzellen. Als nächstes bildet sich der Kapillarplexus, wenn Endothelzellen von Blutinseln nach außen wandern und ein zufälliges Netzwerk kontinuierlicher Stränge bilden. Diese Stränge durchlaufen dann einen Prozess namens Lumenisierung, die spontane Umlagerung von Endothelzellen aus einer festen Schnur in eine hohle Röhre. Das menschliche arterielle und venöse System entwickelt sich aus verschiedenen embryonalen Bereichen. Während sich das arterielle System hauptsächlich aus den Aortenbögen entwickelt, entsteht das Venensystem in den Wochen 4 bis 8 der menschlichen Entwicklung aus drei bilateralen Venen.

Stadien der Gefäßentwicklung: Das wachsende Gefäßsystem im Embryo ist orange hervorgehoben.

Die Angiogenese trägt auch zur Komplexität des anfänglichen Netzwerks bei; Endothelknospen bilden sich durch einen extrusionsähnlichen Prozess, der durch die Expression des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) ausgelöst wird. Diese Endothelknospen wachsen vom Elterngefäß weg und bilden kleinere Tochtergefäße, die in neues Gebiet reichen. Die Angiogenese ist im Allgemeinen für die Besiedlung einzelner Organsysteme mit Blutgefäßen verantwortlich, während die Vaskulogenese die anfänglichen Pipelines des Netzwerks festlegt.