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„Erwachsener Frosch lässt amputierte Beine nachwachsen“: Ein Fortschritt in der Forschung zur Organregeneration

WISSENSCHAFTENBIOLOGIE„Erwachsener Frosch lässt amputierte Beine nachwachsen“: Ein Fortschritt in der Forschung zur Organregeneration

Es wurde zum ersten Mal gezeigt, dass erwachsene Frösche amputierte Beine nachwachsen lassen, was einen Durchbruch für die Organregeneration darstellt.

Regeneriert bedeutet das Nachwachsen eines beschädigten oder fehlenden Teils einer Orgel aus Restgewebe. Erwachsene Menschen können einige Organe wie die Leber und insbesondere die Haut, die regelmäßig erneuert und repariert wird, erfolgreich regenerieren, aber leider hat das menschliche Gewebe der meisten Organe nicht die Fähigkeit, sich zu regenerieren. Das Gebiet der regenerativen Medizin zielt darauf ab, Wege zu finden, um die Regeneration von Geweben in unserem Körper wieder anzustoßen. Die ideale Lösung wäre, wichtige Wege in Gang zu setzen, die ein Gewebe, beispielsweise eine Extremität, aus seinen eigenen Zellen wiederherstellen können. Dies ist jedoch kein einfacher Fall, da Wissenschaftler immer noch versuchen, die Nuancen der Geweberegeneration zu verstehen.

In einer Studie veröffentlicht Cell Reports, versuchten Wissenschaftler der Tuft University USA, die Fähigkeit zur Geweberegeneration zu verstehen und zu verstehen, wie Zellen zusammenarbeiten und ein dreidimensionales Organ bilden. Sie entschieden sich, das Gewebewachstum bei einem Tier zu reproduzieren, das sich normalerweise nicht regeneriert, und sie wählten eine Amphibie – erwachsene aquatische afrikanische Krallen Frosch (Xenopus laevis) – ein häufig verwendetes Versuchstier in der Forschung. Amphibien haben ähnlich wie Menschen eine sehr begrenzte Kapazität zur Gewebeerneuerung. Wissenschaftler haben erfolgreich ein Gerät entwickelt, das die Gewebebildung an der Amputationsstelle erneut auslöst und es ermöglicht, ein Hinterbein bei erwachsenen Xenopus-Fröschen teilweise zu regenerieren.

Nachwachsende amputierte Gliedmaßen

Zunächst wurde ein tragbarer Bioreaktor in 3D in Silizium gedruckt und mit Hydrogel gefüllt. Als nächstes wurden hydratisierende Seidenproteine ​​auf dieses Hydrogel-Polymer aufgebracht, von denen bekannt ist, dass sie die Heilung und Regeneration fördern. Das Hormon Progesteron – ein Neurosteroid – wurde hinzugefügt, von dem allgemein bekannt ist, dass es an Menstruation, Schwangerschaft und Stillzeit beteiligt ist. Progesteron ist auch an der Förderung der Reparatur von Nervenblutgefäßen und anderem Gewebe beteiligt. Die Frösche wurden in Versuchs-, Kontroll- und Scheingruppen eingeteilt. In den Kontroll- und Scheingruppen wurde die Bioreaktorvorrichtung unmittelbar nach der Amputation der Gliedmaßen in die Frösche eingenäht. In der Versuchsgruppe wurde Progesteron vom Bioreaktor an die Amputationsstelle freigesetzt. Die Geräte wurden nach 24 Stunden entfernt. Die Frösche wurden dann routinemäßig mehrere Monate lang beobachtet. Frösche in Kontroll- und Scheingruppen entwickelten eine dünne, knorpelige Spitze an der Amputationsstelle, was normal ist, wenn die Geweberegeneration ohne Hilfe fortschreitet. Es wurde nur bei Fröschen der experimentellen Gruppe beobachtet, dass das Bioreaktorgerät eine größere Gliedmaßenregeneration auslöste und Frösche ein strukturierteres paddelförmiges Anhängsel in der Nähe eines fast vollständig geformten Gliedes nachwachsen ließen. Dies war ein Hinweis auf eine unterstützte Geweberegeneration. Der sichtbare Unterschied war innerhalb weniger Wochen erkennbar, was darauf hindeutet, dass das Bioreaktorgerät eine unterstützende Umgebung um den Wunde um Gewebe wachsen zu lassen – ähnlich wie Gewebe in einem Embryo in der Gebärmutter wachsen würde. Schon eine kurze Progesteronzufuhr aus dem Bioreaktor (nur für 24 Stunden platziert) hatte über mehrere Monate ein Wachstum von Weichgewebe und Knochen ausgelöst. Die histologische Analyse und molekulare Untersuchung der regenerierten Strukturen ergab, dass diese Gliedmaßen dicker waren und stärker entwickelte Knochen, Innervation und Vaskularisierung aufwiesen. Die mit Progesteron behandelten Tiere waren auch aktiver als Kontroll- und Scheingruppen.

Das Wachstum der Gliedmaßen hörte nach etwa sechs Monaten auf, führte jedoch zu einem untertypischen Wachstum von Fingern und Zehen. Die nachgewachsenen Gliedmaßen hatten ein gutes Knochenvolumen und eine gute Knochendichte, Hauptblutgefäße, gut gesetzte Nerven und diese Frösche konnten sogar ähnlich wie normale, nicht amputierte Frösche mit ihren natürlichen Gliedmaßen schwimmen. RNA-Sequenzierung und Transkriptomanalyse zeigten, dass die Genexpression in den Zellen an der Amputationsstelle durch den Bioreaktor verändert wurde. So waren Gene, die mit oxidativem Stress und der Aktivität der weißen Blutkörperchen zusammenhängen, aktiv (hochreguliert) und einige andere wurden herunterreguliert. Die Narbenbildung und die Immunreaktion wurden ebenfalls reduziert, wodurch die Regeneration durch Schwächung der natürlichen Reaktion des Körpers auf Verletzungen, die ansonsten den Regenerationsprozess behindert hätten, ermöglicht wurde.

Future

Diese Studie basiert auf der Logik, ein Kickstart- oder Trigger-Programm zu definieren, das zu einem langfristigen Wachstum führt. Es kann als ein neues Modell der Zellstimulation bezeichnet werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass Mäuse unter normalen Umständen amputierte Fingerkuppen teilweise regenerieren können, aber da sie nicht im Wasser leben und es kein Wasser gibt, um sie zu schützen, war der Prozess bei Mäusen im Gegensatz zu Amphibien nicht effizient, da empfindliche regenerierte Zellen wieder harten Oberflächen ausgesetzt waren und wieder. Der Regenerationsansatz bei einem Wirbeltier sollte auf Säugetiere und den menschlichen Körper anwendbar sein und vielleicht könnten wir sehr bald in der Zukunft komplexe Organe regenerieren, die für Organtransplantationen oder jede Art von Verletzungen, vielleicht sogar Krebs, verwendet werden könnten.

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{Sie können das ursprüngliche Forschungspapier lesen, indem Sie auf den unten angegebenen DOI-Link in der Liste der zitierten Quellen klicken}

Quelle (n)

Herrera-Rincon C et al. 2018. Eine kurze lokale Anwendung von Progesteron über einen tragbaren Bioreaktor induziert eine langfristige regenerative Reaktion bei erwachsenen Xenopus-Hinterbeinen. Cell Reports. 25(6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010

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