Für die meisten Säugetiere ist die Fähigkeit, verlorene Körperteile nachwachsen zu lassen, eine biologische Sackgasse. Während bei einem Kind die Spitze eines abgetrennten Fingers nachwächst oder bei einer Maus ein Teil eines Fingers wiederhergestellt werden kann, ist der Rest des Körpers zu solchen Leistungen nicht in der Lage. Dies steht im krassen Gegensatz zu „Super-Regeneratoren“ wie Salamandern und Seesternen, die ganze Gliedmaßen nachwachsen lassen können.
Neue Forschungsergebnisse, die in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, legen nahe, dass die Antwort darauf, warum Säugetiere eingeschränkt sind, möglicherweise nicht nur in unserer DNA liegt, sondern in den chemischen und Umweltbedingungen, die unsere Zellen umgeben.
Die Rolle der extrazellulären Matrix
Eine große Hürde für die Regeneration bei Säugetieren ist die Narbenbildung. Wenn ein Säugetier eine schwere Verletzung erleidet, legt der Körper in den meisten Fällen Wert auf einen schnellen Wundverschluss durch Narbengewebe, wodurch die Möglichkeit eines Nachwachsens effektiv blockiert wird.
Eine von Byron Mui an der Stanford University School of Medicine geleitete Studie untersuchte, warum die Spitze eines Fingers nachwachsen kann, während der Rest des Fingers nicht nachwachsen kann. Die Forscher konzentrierten sich auf die extrazelluläre Matrix – das Strukturmaterial, das Zellen umgibt und stützt.
- Die Entdeckung: Mäuse mit einem höheren Gehalt an Hyaluronsäure in ihrer extrazellulären Matrix konnten Fingerteile effektiver und mit deutlich weniger Narbenbildung nachwachsen lassen.
- Die Implikation: Hyaluronsäure, eine Substanz, die häufig in der Hautpflege zum Speichern von Feuchtigkeit verwendet wird, scheint eine entscheidende Rolle bei der Schaffung eines biologischen Milieus zu spielen, das die Heilung und nicht die Narbenbildung begünstigt.
Sauerstoffgehalt und zelluläre Wahrnehmung
Eine zweite Studie untersuchte die Umweltauslöser, die es bestimmten Arten ermöglichen, sich zu regenerieren, während andere scheitern. Durch den Vergleich afrikanischer Krallenfroschkaulquappen (die Gliedmaßen regenerieren können) mit embryonalen Mäusen (die das nicht können) stellten die Forscher einen Zusammenhang zwischen Sauerstoffgehalt und Regenerationsfähigkeit fest.
Der Molekularbiologe Georgios Tsissios und sein Team fanden Folgendes heraus:
1. Sauerstoffarme Umgebungen – ähnlich den aquatischen Lebensräumen von Kaulquappen – trugen dazu bei, dass embryonales Mausgewebe effektiver heilte.
2. Durch die Senkung des Sauerstoffgehalts in den Gliedmaßen von Mäusen konnten Forscher frühe Regenerationsreaktionen auslösen, die bei Säugetieren normalerweise fehlen.
3. Es gibt jedoch eine komplexe Wendung: Kaulquappenzellen scheinen weniger empfindlich auf Sauerstoffveränderungen zu reagieren als Mauszellen, was darauf hindeutet, dass wie eine Zelle ihre Umgebung wahrnimmt genauso wichtig ist wie die Umgebung selbst.
Warum das für die Zukunft wichtig ist
Diese Erkenntnisse stellen einen Wandel in der Herangehensweise von Wissenschaftlern an die regenerative Medizin dar. Anstatt sich ausschließlich auf die Veränderung von Genen zu konzentrieren, untersuchen Forscher nun, wie man die lokale Umgebung einer Wunde manipulieren kann, um Säugetierzellen dazu zu bringen, sich wie die eines Salamanders zu verhalten.
Obwohl diese Studien noch nicht zum Nachwachsen einer vollständigen Gliedmaße geführt haben, bieten sie einen Fahrplan für zukünftige Therapien. Durch die Kontrolle des Hyaluronsäurespiegels und die Steuerung der Sauerstoffexposition hoffen Wissenschaftler, irgendwann von der Behandlung einfacher Wunden zur Regeneration komplexer Gewebe übergehen zu können.
„Als Feld wird die Art und Weise, wie wir all diese Puzzleteile zusammenfügen, letztendlich zur Regeneration menschlicher Gliedmaßen führen.“ — Jessica Whited, Harvard University
Schlussfolgerung
Durch die Identifizierung des Hyaluronsäure- und Sauerstoffgehalts als Schlüsselfaktoren für die Regeneration bringt uns diese Forschung näher an das Verständnis, wie die Narbenbildung bei Säugetieren umgangen werden kann. Auch wenn das vollständige Nachwachsen der Gliedmaßen ein fernes Ziel bleibt, bilden diese biologischen Hinweise eine Grundlage für zukünftige Durchbrüche in der Gewebezüchtung und Wundheilung.
