Wissenschaftler behaupten, dass das fehlende Bein eines Frosches mit einem chemischen Cocktail nachgewachsen ist

Frösche können im Gegensatz zu ihren Salamander-Cousins ​​verlorene Gliedmaßen nicht regenerieren, aber ein faszinierendes neues Experiment legt nahe, dass Frösche ihre fehlenden Körperteile unter den richtigen Bedingungen teilweise nachwachsen lassen können.

Ein heute in Science Advances veröffentlichtes Papier beschreibt eine neue Behandlung, die es afrikanischen Krallenfröschen ( Xenopus laevis ) ermöglichte, ihre amputierten Hinterbeine teilweise nachwachsen zu lassen. Die Behandlung bestand aus fünf verschiedenen Medikamenten und einem tragbaren Gerät namens „BioDome“. Die Exposition gegenüber diesem chemischen Cocktail für nur 24 Stunden erleichterte eine Regenerationsphase, die 18 Monate dauerte , so die Studie unter der Leitung von Forschern der Tufts University und des Wyss Institute der Harvard University.

„Es ist aufregend zu sehen, dass die von uns ausgewählten Medikamente dazu beigetragen haben, ein fast vollständiges Glied zu schaffen“, sagte Nirosha Murugan, die Erstautorin der Studie und Forscherin bei Tufts, in einer Erklärung. „Die Tatsache, dass es nur einer kurzen Exposition gegenüber den Medikamenten bedurfte, um einen monatelangen Regenerationsprozess in Gang zu setzen, legt nahe, dass Frösche und vielleicht auch andere Tiere ruhende regenerative Fähigkeiten haben, die in Aktion gebracht werden können.“

Es ist eine aufregende Leistung, da es darauf hindeutet, dass Tiere, die ansonsten nicht zur spontanen Regeneration fähig sind, unter bestimmten Bedingungen verlorene Gliedmaßen und möglicherweise andere Körperteile wie Organe und Gewebe nachwachsen lassen können. Diese genaue Strategie funktioniert möglicherweise nicht für Menschen, aber das neue Papier könnte zukünftige Studien informieren, in der Hoffnung, etwas Ähnliches für Säugetiere zu entwickeln. Allerdings ist die neue Forschung sehr vorläufig und erfordert mehr Arbeit, um die Ergebnisse zu bestätigen und die Mechanismen, die für die beobachtete Regeneration verantwortlich sind, besser aufzuklären.

Salamander, Seesterne, Krabben und einige Eidechsen können verlorene Körperteile regenerieren, aber keine Frösche. Auch Säugetiere können dies nicht, obwohl die menschliche Leber auch nach Entfernung von 90 % zu ihrer vollen Größe nachwachsen kann. Und wie Wissenschaftler 2019 herausfanden, haben wir auch die Fähigkeit, verletzten oder überlasteten Knorpel in unseren Gelenken zu regenerieren. Das Nachwachsen fehlender Finger oder eines ganzen Beins ist angesichts der Wundheilung bei Säugetieren nicht möglich. Zum größten Teil werden unsere Verletzungen mit Narbengewebe bedeckt, das sie vor Infektionen oder weiteren Schäden schützt .

Michael Levin, Co-Autor der neuen Studie und Biologe bei Tufts, hat mehr als 20 Jahre damit verbracht zu verstehen, wie Zellchargen Entscheidungen darüber treffen, was sie bauen werden. Diese Forschung ist wichtig, da die daraus resultierenden Erkenntnisse zu Behandlungen von Geburtsfehlern, Krebs, traumatischen Verletzungen, Alterung und möglicherweise zur Regeneration von Gewebe und Gliedmaßen führen könnten.

„Leute arbeiten seit langem an der Regeneration von Gliedmaßen und studieren Tiere wie Salamander, die bereits Organe regenerieren“, erklärte mir Levin in einer E-Mail. „Unser Ansatz unterscheidet sich von anderen, die sich auf Stammzellimplantate oder Genom-Editierung konzentrieren: Anstatt zu versuchen, den Prozess im Mikromanagement zu steuern, suchen wir nach kurzen Signalen, die die Zellen davon überzeugen, wieder das zu tun, was sie bereits in der Embryonalentwicklung getan haben.“

Um dies überzeugend zu erreichen, brauten Levin und seine Kollegen ein Elixier zusammen, das fünf Medikamente enthielt, die gemeinsam die Zellproliferation ankurbelten, Entzündungen reduzierten, Zellen in den Reparaturmodus versetzten, die Kollagenproduktion hemmten (was zur Narbenbildung führen kann) und das Wachstum von Kollagen förderten Nervenfasern, Blutgefäße und Muskeln.

Für das Experiment amputierte das Team die Hinterbeine von 115 erwachsenen weiblichen afrikanischen Krallenfröschen. In Bezug auf die damit verbundene Ethik sagte Levin, sein Team habe „ein umfangreiches Protokoll, das von einem Komitee aus Tierärzten und Wassertierexperten genehmigt wurde“, und es wurde eine Vollnarkose angewendet, um die Belastung zu minimieren. „Der Respekt vor den Tieren ist ein wesentlicher Aspekt unserer gesamten Arbeit“, fügte er hinzu.

Die Zutaten des Chemikaliencocktails waren eindeutig erfolgskritisch, aber auch der Bioreaktor . Das tragbare Gerät hemmte den üblichen Prozess des Schließens des Stumpfes und förderte stattdessen die Regeneration der Gliedmaßen. Die Verwendung des BioDome trug dazu bei, „eine amnionartige Umgebung nachzuahmen, die es zusammen mit den richtigen Medikamenten ermöglicht, dass der Wiederaufbauprozess ohne Beeinträchtigung durch Narbengewebe abläuft“, David Kaplan, Mitautor der Studie und Ingenieur bei Tufts , sagte in der Erklärung.

Es dauerte viele Monate, bis die Gliedmaßen nachwuchsen, aber die Ergebnisse waren dramatisch. Die regenerierten Hinterbeine waren nahezu voll funktionsfähig und zeigten im Vergleich zum Original eine ähnliche Knochenstruktur und ein ähnliches inneres Gewebe (einschließlich Neuronen). Die Frösche regenerierten sogar mehrere Zehen, allerdings ohne Knochen. In Tests schwammen die Frösche auf ihre typische Weise durch Wasser und reagierten auch, wenn die regenerierten Beine angestochen wurden.

„Unsere gesammelten Daten deuten darauf hin, dass frühzeitige gezielte Interventionen die Last der Regeneration auf die Extremität selbst verlagern und die Abhängigkeit von längerfristigen therapeutischen Strategien wie der Verwendung von Stammzellen, seriellen Behandlungen und anderen Mitteln des anhaltenden Mikromanagements des restaurativen Wachstums und Musters umgehen können. “ schreiben die Wissenschaftler in ihrem Paper .

Da Frösche und Menschen biologisch sehr unterschiedlich sind, fragte ich Levin, wie sich die Erkenntnisse auf Säugetiere übertragen lassen.

„Alle Wirbeltiere teilen wichtige anatomische Kontrollmechanismen. Wenn Salamander sich regenerieren können, ist das auch für uns möglich“, antwortete er. „Möglicherweise müssen wir das B ioD om und den Cocktail anpassen, und wir sind sicherlich noch nicht bereit für Versuche am Menschen, aber ich denke, dies ist letztendlich der Weg zur medizinischen Regeneration. Und das nicht nur für die Gliedmaßen – es gibt nichts in diesem Cocktail, das gliedmaßenspezifisch ist, es ist ein Signal, das den Zellen sagt, dass sie wachsen sollen, was normalerweise dorthin geht.“

Als nächste Schritte plant das Team, neue Cocktails in Mäusen zu testen und die Mischung dann nach Bedarf zu optimieren.

Die Forscher spekulieren, dass ein mit der Embryonalentwicklung verbundener molekularer Weg durch die Behandlung aktiviert wurde, aber zukünftige Forschungen sollten dies weiter untersuchen. Es wäre auch gut zu sehen, wie andere Forscher diese Ergebnisse replizieren und tiefer in die genauen beteiligten Regenerationsprozesse eintauchen. Es ist dennoch ein vielversprechender Anfang und eine aufregende neue Richtung für die zukünftige Forschung.

Mehr : Menschen haben eine „Salamander-ähnliche“ Fähigkeit, beschädigte Körperteile zu regenerieren .