Pflanzen, viele wirbellose Tiere und einige Amphipien, wie Molche oder Axolotl, und Reptilien, wie Eidechsen, sind in der Lage verloren gegangene Gliedmaßen und Organe vollständig neu zu bilden. Auch viele Gliederfüßer können verloren gegangene Körperteile bei der nächsten Häutung teilweise ersetzen. Diese Fähigkeit bezeichnet man als Regenration.
Für die Regenerative Medizin wäre es ein Durchbruch, wenn die Regenerationsprozesse geklärt und auf den Menschen übertragbar gemacht werden könnten. Bislang gingen Forscher davon aus, dass sich nach einer Verletzung die umliegenden Zellen in Stammzellen zurück entwickeln, um sich anschließend zu neuen Muskel-, Sehnen-, Knorpel- oder Hautzellen weiterzuentwickeln. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass sich die regenerieren Zellen nicht aus Stammzellen, sondern aus bestimmten Gewebezellen entwickeln und so das fehlende Gewebe ersetzen. Dabei entwickeln sich Muskelzellen aus Muskel-Voräuferzellen, Knorpelzellen aus Korpel-Vorläuferzellen und Sehenzellen aus Sehenvoräuferzellen. Allein Hautzellen sind etwas flexibler. Haut-Vorläuferzellen können sowohl Hautzellen als auch Knorpel- oder Sehnenzellen hervorbringen – jedoch keine Muskelzellen.
Regenerationswunder Axolotl
Diese neuen Erkenntnisse stammen aus Untersuchungen an dem Axolotl, Ambystoma mexicanum, einem mexikanischen Schwanzlurch. Beim Axolotl wachsen abgetrennte Gliedmaßen wie Schwanz oder Beine innerhalb weniger Wochen oder gar Tagen nach. Darüber hinaus erreicht der Axolotl für einen Lurch ein stattliches Alter: Das Tier kann bis zu 25 Jahre alt werden. Dabei verharrt der Lurch ein Leben lang im Larvenstadium und entwickelt sich nicht zu einem ausgewachsenen Salamander. Hierin mag das Geheimnis der regenerativen Fähigkeiten des Axolotls begründet liegen, denn auch der Mensch verfügt während seiner Embryonalentwicklung über ein gewisses Potential zur Regeneration. So kann sich zum Beispiel die Fingerkuppe bei einem Kleinkind erneuern. Diese Fähigkeit verliert der Mensch jedoch mit zunehmendem Alter.
Wissenschaftler der Medizinischen Hochschule Hannover haben ein Enzym beim Axolotl entdeckt, welches den Startschuss für die Zellerneuerung gibt. Könnte der Mechanismus des Selbstheilungsprozesses am Axolotl vollständig aufgeklärt werden, so könnten Forscher einen Wirkstoff entwickeln, der die Wundheilung beim Menschen unterstützt. Den Wirkstoff könnte man dann in Form von Cremes auf beispielsweise starke Brandverletzungen auftragen, um die Regeneration der Hautzellen zu unterstützen. Von dem Fernziel irgendwann einmal ganze Organe oder amputierte Gliedmaßen zu ersetzen, ist die aktuelle Forschung jedoch noch weit entfernt.
Strudelwürmer und Eidechsen
Ähnliche Regenerationskünstler sind einige Arten der Strudelwürmer. Sie besitzen in ihrem Bindegewebe zahlreiche Stammzellen, die sich bei Verletzungen des Gewebes in neue Nerven-, Muskel-, Sinnes- oder Hautzellen entwickeln können. Damit sind die Strudelwürmer ebenfalls ein beliebtes Forschungsobjekt unter den Genetikern und Stammzellenforschern.
Auch Eidechsen sind in der Lage ihren Schwanz an einer Sollbruchstelle durch Muskelkontraktion abzuwerfen und anschließend einen kürzeren Schwanz nachwaschen zu lassen.
Formgedächtnis-Werkstoffe
Auch einige Werkstoffe besitzen die Fähigkeit sich nach einer Verformung an ihre frühere Form wieder zu „erinnern“. Eine solche Formwandlung basiert auf einer temperaturabhängigen Umstrukturierung des zu Grunde liegenden Kristallgitters. Vertreter dieser Formgedächtnis-Werkstoffe sind einige Kunststoffe. Sie setzen sich aus zwei Komponenten zusammen. Durch Erhitzen nimmt das zuvor verformte Stück Kunststoff seine ursprüngliche Form wieder ein. Solche Formgedächtnis-Werkstoffe könnten zukünftig auch in der Medizin eine größere Rolle spielen. So beispielsweise bei der sogenannten Kopflochchirurgie, bei der sämtliche Instrumente durch ein Loch von der Größe eines Knopfloches passen. Interessant könnten solche veränderlichen Werkstoffe auch für Implantate sein. Der Chirurg könnte ein komprimiertes Implantat durch ein solches Knopfloch in den Körper des Patienten einbringen. Durch die Körpertemperatur entfaltet sich dann das Implantat vor Ort.
Quellen:
- Spiegel Online: Der Wunder-Wundenheiler, 30.11.2010
- InnovationsReport: Wunder Axolotl: Von Zellen und nachwachsenden Organen, 23.03.2006