Regenerative Medizin: Gewebezüchtung nach dem Vorbild Axolotl

Sind nachwachsende Arme und Beine auch beim Menschen möglich?

Für die Regenerative Medizin ist der Axolotl das ganz große Vorbild, denn der Lurch kann abgetrennte Gliedmaßen einfach nachwachsen lassen. Da die Natur offensichtlich schon die dafür benötigten Strukturen entwickelt hat, hoffen die Forscher, dass „Axolotl-Modell“ auch für den Homo sapiens adaptieren zu können.

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Der Axolotl sieht nicht nur putzig aus, das Amphibium überrascht mit ganz besonderen Eigenschaften: Es ist ein wahrer Regenerationskünstler. Der ursprünglich aus Mexiko stammende Schwanzlurch lässt sich im Aquarium züchten und ist daher ein interessantes Forschungsobjekt für die Regenerative Medizin. Wenn Forscher seine Geheimnisse entlüften, wird das Tissue Engineering für den Homo sapiens einen gewaltigen Schritt nach vorne machen: Nachwachsende Arme und Beine sind dann auch für den Menschen greifbar.

 

Zehen, Vorderbeine oder Hinterbeine kann der Axolotl austauschen. Sie sind für ihn quasi nachwachsende Körperanhängsel wie beim Menschen Fingernägel oder Haare. Wird dem Schwanzlurch ein Bein abgetrennt, wächst es einfach vollständig nach. Auch andere Gewebe wie beispielsweise das Rückenmark regenerieren beim Axolotl nach einer Verletzung vollständig und werden nicht durch Narbengewebe nur notdürftig ersetzt. Genau diese besonderen Regenerationsfähigkeiten sind den Säugetieren im Laufe der Evolution verloren gegangen. Beim Menschen vernarben zwar Wunden und sorgen so für ein Überleben bei Verletzungen, jedoch wachsen abgetrennte Gliedmaßen nicht nach.

 

Axolotl im Fokus der Regenerativen Medizin

Am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Wien spüren Wissenschaftler dem Regenerationsphänomen beim Axolotl nach.

Bereits im 18. Jahrhundert waren den Gelehrten eine ganze Reihe von Tierarten bekannt, die in der Lage sind, ganze Organe und komplette Gliedmaßen nachwachsen zu lassen. Darunter befinden sich einfache Gesellen wie Plattwürmer, aber auch höherentwickelte Wirbeltiere wie Molche und Salamander.

Prinzipiell steckt in jeder Zelle das gleiche Erbgut und damit der komplette Bauplan, um aus der befruchteten Eizelle einen vollständigen Organismus entstehen zu lassen. Anders als der Mensch kann der „Regenerationskünstler“ Axolotl dieses Programm bei Bedarf wieder reaktivieren. Allerdings müssen auch bei ihm die Bedingungen stimmen. Damit ein Bein nachwachsen kann, muss es komplett amputiert sein. Gibt es lediglich einen tiefen Einschnitt, ist das Bein zwar sehr wahrscheinlich funktionslos, es bildet sich dennoch kein neue Extremität.

 

Das Phänomen „Regeneration“ wirft Forschungsfragen über Forschungsfragen auf

Die Wiener Forscher wollen daher ergründen, woher die Zellen so genau wissen, wann lediglich das Schließen einer Wunde erforderlich und wann die Regeneration einer kompletten Gließmaße notwendig ist? Wie gelangt die Zelle an das Wissen über ihren Ort und ihre Bestimmung, d. h. wie weiß sie so genau, wo und für welchen Zweck sie benötigt wird? Und wie hält der Organismus das Wachstum der neuen Extremität an, wenn diese lang genug ist?

Die Beantwortung dieser Fragen ist eine harte Nuss, die es zu knacken gilt. Eine Antwort auf die allererste Frage scheint gefunden sein. Der Axolotl besitzt Stammzellen, die für das Nachwachsen der Gliedmaßen verantwortlich sind.

 

 

Viele Vorgänge im leuzistischen Axolotl lassen sich von außen gut beobachten

Um an ihre Erkenntnisse zu gelangen, studieren die Forscher weiße, sogenannte leuzistische Axolotl. Die Haut der Tiere ist so hell, dass sich Muskelfasern, Nervenbahnen und andere Gewebe gut von außen beobachten lassen. Einzelne Zelltypen werden außerdem mit fluoreszierenden Stoffen sichtbar gemacht. So können einzelne Zellen im Organismus genau verfolgt und ihr Schicksal beobachtet werden.

Wird einem Axolotl eine Gliedmaße abgetrennt, ist unter dem Mikroskop ein ziemliches Gewusel von Zellen zu sehen. Die Zellen müssen sich neu sortieren und umorientieren. Was einst eine Hautzelle, Muskelzelle, Nervenzelle oder Blutgefäßzelle war, steht plötzlich vor ganz neuen Aufgaben, wenn eine funktionstüchtige Gliedmaße wie ein Bein oder ein Arm entstehen soll. Den Wiener Forschern ist es nun gelungen, die Kommunikation der Zellen in der Phase der Neuorientierung und Veränderung zu entschlüsseln.

 

Und nochmal von vorn: Somatische Zellen verwandeln sich in Stammzellen zurück

Nach der Amputation entwickeln sich Zellen zurück und nehmen damit wieder die Eigenschaften von Stammzellen an. Aus Muskelzellen entstehen so Vorläuferzellen, die letztlich für den Aufbau neuer Muskeln sorgen. Gleiches gilt für Knorpelzellen und andere Zelltypen. Innerhalb weniger Wochen wächst dank der zurückentwickelten Stammzellen eine komplette und vollfunktionstüchtige, neue Extremität heran.

Auch wenn man es sich immer nur sehr schwer vorstellen kann, aber Mensch und Axolotl teilen sich dieselbe Entwicklungsgeschichte. Auch beim Mensch ist die Fähigkeit zur Regeneration an sich angelegt. Sie ging jedoch leider im Laufe der Evolution verloren.

 

Immunsystem und Unterschiede in der Erbgutregulation verhindern bei Säugetieren ein Nachwachsen von amputierten Gliedmaßen

Wie das passierte, versucht man in Wien mit Hilfe von Mäusen zu erforschen. Die ersten Ergebnisse lassen vermuten, dass das Immunsystem von Mäusen und Menschen die Regeneration verhindert. Und es gibt zwischen Axolotl und Säugetieren große Unterschiede bei der Regulation des Erbgutes. Bei den Säugetieren lassen sich jene Gene, die für das Wachstum einer neuen Gliedmaße zuständig sind, deutlich schwieriger erneut anschalten. Sie fallen offensichtlich nach der Embryonalgenese in einen Tiefschlaf, aus dem sie nicht mehr erwachen.

Das langfristige Ziel ist klar umrissen: Wie auch beim Axolotl sollen menschlichen Zellen dazu bewegt werden, neues Gewebe selbst zu regenerieren. In der Petrischale ließe sich zunächst ein selbstregenerierender Zellhaufen züchten, der transplantiert vor Ort zur fehlenden Gliedmaße heranwächst.

Doch noch bleibt der Prozess der Regeneration rätselhaft, sodass den Forschern in absehbarer Zeit die Forschungsfragen nicht ausgehen werden. Dennoch macht das Tissue Engineering beständig Fortschritte, sodass der Gewebeersatz aus dem Labor längst keine ferne Science-Fiction mehr ist.

 

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