In der Amphibienzuchtanlage des modernen Dresdner Max-Planck-Instituts für Molekulare Zellbiologie und Genetik: In hohen Metallregalen reihen sich Plastikschalen und Aquarien aneinander. Hier wohnen mehr als 300 Axolotls. Die mexikanischen Salamander sind fast fußgroß, die meisten schimmern weiß und plustern immer wieder ihre roten Kiemenbüschel auf. Viele der hier gepflegten Lurche haben schon mehrfach Beine oder Schwänze verloren. Und dennoch sind sie unversehrt. Denn die Axolotls sind Meister der Regeneration:
"Sie können ein abgetrenntes Bein, den Schwanz und sogar Teile des Herzens komplett nachwachsen lassen. Es ist faszinierend, wie ein Wirbeltier mit einem solch komplexen Nerven- und Muskelsystem ganze Organe nachbilden kann."
Die Entwicklungsbiologin Elly Tanaka erforscht, wie genau bei den mexikanischen Salamandern die Ersatzgliedmaßen nachwachsen. Ein wesentlicher Unterschied zum Menschen zeigt sich dabei schon direkt an der Wunde: Bei den Lurchen entsteht kein Narbengewebe, welches eine Regeneration verhindern würde. Die Wundheilung des Axolotls ähnelt eher den Vorgängen, wie sie bei der menschlichen Embryonalentwicklung im Mutterleib ablaufen.
"Nach einer Verletzung kriechen Hautzellen über die Wundkante. Sie bilden eine Art embryonale Haut. Die Wundhaut schickt Signale an die Zellen darunter, wie etwa die Knochen und die Muskeln. Das stimuliert die Gewebe und es bilden sich stammzellähnliche Vorläuferzellen. Sie sorgen für die Regeneration des Beins."
Unter der Wundhaut wandern Zellen ein und bilden dort einen Klumpen- das sogenannte Blastem, fortan so etwas wie die Baustelle für das neue Bein. Offenbar wirkt die Struktur dabei wie ein Jungbrunnen auf die einwandernden Zellen. Selbst bereits ausgereifte Muskelzellen verjüngen sich, geben also ihre Spezialisierung auf und können sich wieder teilen. Bislang vermuteten Forscher, dass sämtliche Blastemzellen sich so weit zurückverwandeln, dass sie sich wieder zu den unterschiedlichsten Zelltypen entwickeln können. Aber ganz so vielseitig sind diese reprogrammierten Zellen doch nicht, wie die Dresdner Forscher nun gezeigt haben: In einem Experiment hatten sie bestimmte Lurchzellen mit einem grünen Leuchtprotein markiert und diesen nachgespürt.
"Wir haben Muskelzellen im ganzen Tier grün markiert. Wenn wir jetzt ein Bein abtrennten, dann leuchteten im nachwachsenden Bein nur die Muskeln grün. Und markierte Skelettzellen bildeten einzig neue Skelettteile. Die verjüngten Blastem-Zellen haben also ein sehr eingeschränktes Entwicklungspotenzial. Sie erinnern sich, von welchem Zelltyp sie abstammen."
Doch wie gelingt es, System und Ordnung in diesen sich teilenden Mix aus verschiedenen Vorläuferzellen zu bringen? Die Axolotl-Zellen wissen offenbar genau, wie viel vom verlorenen Bein fehlt und wie oft sie sich noch teilen müssen. Diese Informationen liefern Botenstoffe von den Zellen an der Wundkante. Und es gibt noch andere körpereigene Orientierungshilfen:
"Im Salamandergewebe überdauert auch im erwachsenen Tier eine Art räumliche Karte, die den Zellen zeigt, wo oben, unten, links oder rechts ist. Diese räumliche Karte informiert die Zellen im Blastem, an welcher Stelle sie sich wie entwickeln sollen. Vermutlich gehen diese Informationen bei Menschen im ausgewachsenen Gewebe verloren."
Gerade wie sich diese Karte aus Kontaktsignalen und Botenstoffen zusammensetzt, wollen die Regenerationsforscher besser verstehen. So versuchen sie derzeit, das Nachwachsen von Rückenmark künstlich auszulösen. Durch Zugabe eines Cocktails von Signalstoffen lässt sich im Reagenzglas eine Situation nachstellen, wie sie auch im regenerierenden Gewebe der Lurche entsteht. Diese Erkenntnisse sollen helfen, auch die Vermehrung von menschlichem Gewebe im Labor zu optimieren.
"Sie können ein abgetrenntes Bein, den Schwanz und sogar Teile des Herzens komplett nachwachsen lassen. Es ist faszinierend, wie ein Wirbeltier mit einem solch komplexen Nerven- und Muskelsystem ganze Organe nachbilden kann."
Die Entwicklungsbiologin Elly Tanaka erforscht, wie genau bei den mexikanischen Salamandern die Ersatzgliedmaßen nachwachsen. Ein wesentlicher Unterschied zum Menschen zeigt sich dabei schon direkt an der Wunde: Bei den Lurchen entsteht kein Narbengewebe, welches eine Regeneration verhindern würde. Die Wundheilung des Axolotls ähnelt eher den Vorgängen, wie sie bei der menschlichen Embryonalentwicklung im Mutterleib ablaufen.
"Nach einer Verletzung kriechen Hautzellen über die Wundkante. Sie bilden eine Art embryonale Haut. Die Wundhaut schickt Signale an die Zellen darunter, wie etwa die Knochen und die Muskeln. Das stimuliert die Gewebe und es bilden sich stammzellähnliche Vorläuferzellen. Sie sorgen für die Regeneration des Beins."
Unter der Wundhaut wandern Zellen ein und bilden dort einen Klumpen- das sogenannte Blastem, fortan so etwas wie die Baustelle für das neue Bein. Offenbar wirkt die Struktur dabei wie ein Jungbrunnen auf die einwandernden Zellen. Selbst bereits ausgereifte Muskelzellen verjüngen sich, geben also ihre Spezialisierung auf und können sich wieder teilen. Bislang vermuteten Forscher, dass sämtliche Blastemzellen sich so weit zurückverwandeln, dass sie sich wieder zu den unterschiedlichsten Zelltypen entwickeln können. Aber ganz so vielseitig sind diese reprogrammierten Zellen doch nicht, wie die Dresdner Forscher nun gezeigt haben: In einem Experiment hatten sie bestimmte Lurchzellen mit einem grünen Leuchtprotein markiert und diesen nachgespürt.
"Wir haben Muskelzellen im ganzen Tier grün markiert. Wenn wir jetzt ein Bein abtrennten, dann leuchteten im nachwachsenden Bein nur die Muskeln grün. Und markierte Skelettzellen bildeten einzig neue Skelettteile. Die verjüngten Blastem-Zellen haben also ein sehr eingeschränktes Entwicklungspotenzial. Sie erinnern sich, von welchem Zelltyp sie abstammen."
Doch wie gelingt es, System und Ordnung in diesen sich teilenden Mix aus verschiedenen Vorläuferzellen zu bringen? Die Axolotl-Zellen wissen offenbar genau, wie viel vom verlorenen Bein fehlt und wie oft sie sich noch teilen müssen. Diese Informationen liefern Botenstoffe von den Zellen an der Wundkante. Und es gibt noch andere körpereigene Orientierungshilfen:
"Im Salamandergewebe überdauert auch im erwachsenen Tier eine Art räumliche Karte, die den Zellen zeigt, wo oben, unten, links oder rechts ist. Diese räumliche Karte informiert die Zellen im Blastem, an welcher Stelle sie sich wie entwickeln sollen. Vermutlich gehen diese Informationen bei Menschen im ausgewachsenen Gewebe verloren."
Gerade wie sich diese Karte aus Kontaktsignalen und Botenstoffen zusammensetzt, wollen die Regenerationsforscher besser verstehen. So versuchen sie derzeit, das Nachwachsen von Rückenmark künstlich auszulösen. Durch Zugabe eines Cocktails von Signalstoffen lässt sich im Reagenzglas eine Situation nachstellen, wie sie auch im regenerierenden Gewebe der Lurche entsteht. Diese Erkenntnisse sollen helfen, auch die Vermehrung von menschlichem Gewebe im Labor zu optimieren.