Das Wunder der nachwachsenden Gliedmaßen

Tiere wie Salamander oder Zebrabärblinge haben die Fähigkeit, neue Gliedmaßen und Flossen wachsen zu lassen, sollten sie abgetrennt werden. Wenn ein Mensch beispielsweise einen Finger verliert, wird er jedoch kaum erneut entstehen. US-Wissenschaftlern ist es nun gelungen, bei Hühner-Embryos entfernte Flügel erneut wachsen zu lassen, obwohl diesen normalerweise die Fähigkeit dazu fehlt. Das Experiment könnte die Menschheit einen Schritt weiter auf dem Weg bringen, die regenerativen Kräfte im Körper je nach Bedarf zu aktivieren.

"Eine solche Neubildung hat mit verschiedenen Faktoren zu tun", meint Stephen Badylak, ein Wissenschaftler am McGowan Institute for Regenerative Medicine in Pittsburgh, der die Studie kennt. "Wenn wir die Hauptfaktoren identifizieren und dann kombinieren, lässt sie sich womöglich triggern."

Wenn ein Salamander ein Beinchen verliert, bedecken bald spezielle Epithelzellen die Wunde, die dann eine mehrschichtige Struktur bilden. Dadurch werden Muskel-, Nerven- und Verbindungsgewebe-Zellen, die darunter liegen, angeregt, ihre Spezialisierung zu verlieren. Sie teilen sich und bilden ein Knäuel aus Stammzellen. Dieses Knäuel entwickelt sich dann so, wie normale Gliedmaßen wachsen würden – völlig neue Muskeln und Knochen werden gebildet.

Diese regenerative Fähigkeit kommt in der Tierwelt häufiger vor – der Mensch und andere Säugetier-Arten haben sie jedoch nahezu verloren und bilden bei Verletzungen stattdessen Narben. Die Gründe dafür sind bislang noch unklar. Entwicklungsbiologen glauben inzwischen aber, dass sie den Regenerationsprozess auch beim Menschen einleiten könnten, sobald sie ihn genauer verstehen. Potenziell ließe sich so beschädigtes Gewebe ersetzen – etwa beim Herzmuskel nach einem Infarkt. Noch Science Fiction, aber angedacht: Das Wachstum ganz neuer Gliedmaßen.

Der genetische "Anschalter" für solche Neubildungsprozesse ist inzwischen bekannt – auch in Entwicklungsstadien, in denen Tiere diese Fähigkeit normalerweise nicht besitzen. Yasuhiko Kawakami und seine Kollegen am Salk Institute for Biological Studies im kalifornischen La Jolla haben bereits Experimente an Hühnern und Fröschen durchgeführt. Dabei wurde das so genannte "Wnt"-Gen stärker aktiviert, als das normalerweise der Fall ist. Von diesem Gen ist bekannt, dass es bei der regulären Entwicklung der Tiere eine Rolle spielt und damit auch mit Regeneration zu tun haben könnte. So bildeten Hühner Embryos, denen ihre sich entwickelnden Flügel entnommen wurden, durch die Einschaltung des Gens einen neuen Flügel. Bei Fröschen wurde zumindest die Zeit verlängert, in der sie im Kaulquappen-Stadium regenerative Fähigkeiten besaßen.

"Über die Kontrolle der Aktivität des Wnt-Gens lässt sich Gewebe regenerieren, dass das normalerweise nicht täte", meint der Entwicklungsbiologe Kawakami, der die Studie zusammen mit seinem Salk-Kollegen Juan Carlos Izpisua Belmonte durchführte.

Allerdings komme es sowohl auf das Timing als auch auf die Dauer der Genaktivierung an. Wird das Gene zu lange aktiviert, entwickeln sich abnorme Gliedmaßnahmen; geschieht dies zu spät im Entwicklungszyklus, wachsen sie erst gar nicht neu.

Experten halten das Ergebnis der Kawakami-Studie für äußerst spannend. Allerdings steht wohl noch viel Arbeit an, bevor sich die Ergebnisse auf Säugetiere übertragen lassen. Zudem seien die Zellen von sich noch in der Entwicklung befindlichen Tieren wesentlich flexibler, meint Hans-Georg Simon, Entwicklungsbiologe an der Northwestern University in Chicago. Auch beim Menschen seien in jüngeren Jahren noch Neubildungskräfte am Werk, so der Forscher, der sich mit der Gliedmaßen- und Herz-Regeneration beschäftigt. "Unter bestimmten Umständen können Kinder bis zum Alter von fünf Jahren eine neue Fingerspitze bilden, wenn eine entsprechende Wunde korrekt behandelt wird." Die Eigenschaft gehe jedoch mit zunehmendem Alter verloren.

Simon hält das von Kawakami entdeckte Gen für eine kritische Stelle. Andere, noch unbekannte Faktoren seien aber wahrscheinlich ebenso notwendig, um regenerative Vorgänge auch bei Erwachsenen anzuregen. Simons Kollege Badylak sieht noch ein anderes Problem: Eine Neubildung könnte die Immunabwehr auf den Plan rufen. Eine solche Immunreaktion ist bei Tieren wie dem Salamander abgeschaltet.

Übersetzung: Ben Schwan. (wst)