Mittwoch, 25. Mai 2022

Regenerative Medizin
Nachwachsende Froschschenkel

Ein amputiertes Bein wächst normalerweise nicht nach. Wissenschaftler haben aber einen Weg gefunden, verlorene Gliedmaßen bei Fröschen nachwachsen zu lassen. Dabei haben sie das natürliche Gewebewachstum stimuliert. Das könnte irgendwann auch beim Menschen funktionieren.

Von Anneke Meyer | 27.01.2022

Ein grüner Makifrosch mit knallorangen Flanken und orange-schwarz gestreiften Oberschenkeln Foto: WWF/Andre Bärtschi dpa (Red. Hinweis: Veröffentlichung nur mit Urheberangabe WWF) |
Grüner Makifrosch im tropischen Regenwald in Peru (WWF/Andre_Bärtschi)
Es gibt Tiere, bei denen abgetrennte Gliedmaßen zum Teil oder sogar ganz wieder nachwachsen. Frösche gehören eigentlich nicht dazu. Ihnen geht es wie den Menschen: ab ist ab. Nirosha Murugan und ihre Kollegen an der Tufts-University in Medford, USA, waren deshalb alles andere als sicher, dass ihr Experiment funktionieren würde.
"Wir alle im Team waren total aufgeregt, als wir drei, vier Monate nach Beginn des Experimentes langsam sehen konnten, dass das, was den Fröschen wuchs, tatsächlich Ähnlichkeit mit Beinen hatte. Wir dachten alle: Oh, oh da passiert was."
Stillgelegte Regenerationsfähigkeit
 
Aus Untersuchungen an Regenerations-Wundern wie dem mexikanischen Schwanzlurch Axolotl weiß man, dass beim Neubilden von Körperteilen Prozesse reaktiviert werden, die eigentlich das Wachstum in der Embryonalphase lenken.
Solange sie Kaulquappen sind, wächst auch Fröschen ein verlorenes Bein oder der Schwanz nach. Sobald die Metamorphose abgeschlossen und der Frosch ein Frosch ist, geht die Fähigkeit der Zellen, die embryonalen Wachstumsprozesse zu reaktivieren, aber verloren. Verletzungen triggern dann stattdessen die Bildung von Narbengewebe.
Der Frosch als Model für den Menschen
 
Menschen können zwar zu keinem Zeitpunkt der Entwicklung ganze Gliedmaßen nachwachsen lassen, aber auch bei uns sinkt die Regenerationsfähigkeit mit dem Alter drastisch.
"Es gibt also in beiden biologischen Systemen Signale und Prozesse, die da sind, aber stillgelegt. Und wir wollten am Modellorganismus Frosch schauen, ob es grundsätzlich möglich ist, diese stillgelegten Signalwege wieder anzukurbeln. Und unsere Ergebnisse legen nahe, dass das tatsächlich geht."  
Das zu zeigen, gelang Nirosha Murugan, die inzwischen Assistenzprofessorin an der Algoma University in Kanada ist, gemeinsam mit ihren Kollegen, indem sie die Beinstümpfe von Krallenfröschen direkt nach der Amputation mit einer Mischung verschiedener Wachstumsfaktoren behandelte.
Kurze Behandlung mit langfristiger Wirkung

Dazu stülpten die Wissenschaftlerinnen ein dafür gefertigtes Gefäß, einen "Bioreaktor", über die frische Amputationswunde. Dieser Bioreaktor war mit einem speziellen Medikamentencocktail gefüllt und wurde nach einem Tag wieder entfernt. Anschließend beobachtete das Forscherteam den Heilungsprozess. Nach 18 Monaten waren den Tieren Fortsätze mit Nerven, Muskeln und Knochen gewachsen, die an Beine erinnerten. Bei einer Kontrollgruppe, die nicht mit Wachstumsfaktoren behandelt worden war, hatte sich nur Knorpelgewebe gebildet.     
"Unser Idee war, die ruhenden Entwicklungs-Prozesse in den Zellen anzukurbeln, indem wir bestimmte Schlüsselmoleküle verabreichen. Das Ziel war es, das Gewebe hin zu Regeneration zu lenken und weg von der Narbenbildung. Wir haben also Wirkstoffe gewählt, über die aus vorangegangener Forschung bekannt war, dass sie bei bestimmten Entwicklungsprozessen eine zentrale Rolle spielen. Die Substanzen, die wir gewählt haben, lösen das Wachstum von Nerven, Blutgefäßen und Muskeln aus. Zwei weitere unterdrücken die Immunantwort und die Narbenbildung und ermöglichen dadurch regeneratives Wachstum."
 
Die Hinterbeine, die den Fröschen anderthalb Jahre nach der Behandlung mit dem Wirkstoffcocktail gewachsen waren, sind empfindlich für Berührungsreize. Die Frösche konnten mit ihnen schwimmen und sich ähnlich gut bewegen wie nicht amputierte Tiere. Ein großer Sprung für das Forschungsfeld, meint Nirosha Murugan, gibt aber auch zu, dass die regenerierten Fortsätze mit richtigen Beinen noch nicht zu vergleichen sind:

 "So weit sind wir noch nicht. Aber wir sind dem Ziel, eines Tages voll funktionsfähige Gliedmaßen nachwachsen zu lassen, in dieser Studie näher gekommen. Bis wir beim perfekten Bein sind, bleibt noch viel zu tun."

Vom Frosch über die Maus zum Mensch

Um perfekte Froschbeine geht es dabei nur zweitrangig. Die Forscher wollen herausfinden, ob sich das Nachwachsen von Gliedmaßen künftig auch bei Menschen stimulieren ließe. Der nächste Schritt in diese Richtung, ist den Wirkstoffcocktail an Mäusen zu testen. Die kleinen Säugetiere sind uns Menschen von ihrer Regenerationsfähigkeit her noch um einiges ähnlicher als Frösche. Die Vorbereitungen für die Studie laufen bereits.
"Ich denke, wenn wir unserer Phantasie freien Lauf lassen, sind die Möglichkeiten, die sich ergeben könnten, endlos."