Super-Regeneration Wissenschaftler lassen Frosch amputiertes Bein nachwachsen

Beim Schwanzlurch Axolotl wachsen verlorene Gliedmaßen komplett nach. Forschern gelang es nun, diese Regenerationsfähigkeit auf andere Tiere zu übertragen. Klappt das irgendwann auch beim Menschen?
Afrikanischer Krallenfrosch: Neues Bein nach 18 Monaten

Afrikanischer Krallenfrosch: Neues Bein nach 18 Monaten

Foto: blickwinkel / IMAGO

Wenn Menschen eine Gliedmaße verlieren, bildet sich Narbengewebe auf der Wunde. Es schützt vor Blutverlust und Infektion – es verhindert aber auch weiteres Wachstum. Bei einigen Tieren ist die Regenerationsfähigkeit von Gewebe wesentlich ausgeprägter: Der Axolotl, ein wundersamer Schwanzlurch, der nur in mexikanischen Seen vorkommt, kann ganze Gliedmaßen, Organe und sogar Teile seines Gehirns nach einem Verlust wiederherstellen. Und schneidet man Planarien, eine Gattung der Plattwürmer, entzwei, entstehen aus den beiden Teilen zwei neue Exemplare. Aber es ist auch möglich, diese erstaunlichen Fähigkeiten bei Tieren künstlich zu erzeugen.

US-Forschende haben nun bei Fröschen zuvor amputierte Hinterbeine nachwachsen lassen. Dazu brachten sie einen Medikamenten-Cocktail auf die Wunde auf, berichten sie im Fachmagazin »Science Advances« . In den folgenden anderthalb Jahren wuchsen den Tieren funktionsfähige Beine nach.

Für ihre Experimente nutzten die Wissenschaftler der Tufts University und des Wyss-Instituts der Harvard University erwachsene Krallenfrösche (Xenopus laevis). Sie können verlorene Gliedmaßen eigentlich nicht regenerieren. Verlieren sie etwa ein Bein, wächst lediglich ein dünner Dorn nach. Um zu testen, ob sich ein Regenerationsprozess in Gang setzen lässt, entfernten die Forscher zunächst 115 weiblichen erwachsenen Exemplaren ein Hinterbein.

Wachstumsphase von 18 Monaten

Ein Drittel der Tiere erhielt keine weitere Behandlung, einem weiteren Drittel wurde eine Silikonkappe, genannt BioDome, auf den Stumpf gesetzt, die ein Seidenproteingel enthielt. Das letzte Drittel wurde ebenfalls mit solch einem Bioreaktor ausgestattet, das Proteingel enthielt aber zusätzlich fünf Medikamente: Eines dämpfte Entzündungen, ein weiteres hemmte die Produktion von Kollagen, welches zu Narbenbildung geführt hätte. Die übrigen förderten das Wachstum von Nervenfasern, Blutgefäßen und Muskeln. Der BioDome verblieb für 24 Stunden auf den Stümpfen.

Tatsächlich stieß die kurze Behandlung bei den beiden BioDome-Gruppen eine 18-monatige Wachstumsphase an. Insbesondere bei den Fröschen, die mit dem Medikamenten-Cocktail therapiert worden waren, beobachteten die Forscher ein deutliches Gewebewachstum, in dessen Verlauf ein fast voll funktionsfähiges Bein regeneriert wurde. Die Gliedmaßen wiesen eine Knochenstruktur auf, die der eines natürlichen Hinterbeins ähnelte. Zudem wuchsen mehrere Zehen, die allerdings keine Knochen enthielten und auch keine Schwimmhäute ausbildeten.

Illustration zum Experiement: Krallenfroschbein mit dünnem Dorn

Illustration zum Experiement: Krallenfroschbein mit dünnem Dorn

Foto: Nirosha Murugan / Hannah Vigran / Kelsie Miller / Levin lab

Dafür reagierten die neuen Beine auf Berührungsreize, auch waren die Frösche in der Lage, zu schwimmen und sich ähnlich wie ein unversehrtes Tier zu bewegen. »Die Tatsache, dass es nur einer kurzen Exposition gegenüber den Medikamenten bedurfte, um einen monatelangen Regenerationsprozess in Gang zu setzen, deutet darauf hin, dass Frösche und vielleicht auch andere Tiere über schlummernde Regenerationsfähigkeiten verfügen, die in Gang gesetzt werden können«, kommentiert Erstautorin und Neurowissenschaftlerin Nirosha Murugan in einer Mitteilung. Bei einer genaueren Analyse der zugrunde liegenden Mechanismen stellten die Forscher fest, dass durch die Behandlung molekulare Mechanismen aktiviert wurden, die aus der Entwicklung von Embryonen bekannt sind.

Regeneration gelingt nur teilweise

Für Maximina Yun, Forschungsgruppenleiterin am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD), stellt die Studie einen Fortschritt für den gesamten Forschungsbereich dar. Angesichts der fehlenden Schwimmhäute und der unvollständig ausgebildeten Knochen könne allerdings nur von einer teilweisen Regeneration gesprochen werden: »In Anbetracht der beobachteten Funktionalität der Beine und deren Empfindungsvermögen ist diese aber schon sehr gut«, sagte die nicht an der Studie beteiligte Wissenschaftlerin. Yun zufolge müsse nun die Dauer und das Regime der Behandlung sowie die exakte Dosis und Zusammensetzung des Medikamenten-Cocktails genauer untersucht werden, um ein optimales Wachstum zu fördern.

Bei der Bewertung des Experiments müsse berücksichtigt werden, dass die Regenerationsfähigkeit erwachsener Krallenfrösche zwar minimiert sei, die Tiere aber immer noch zu einem gewissen Grad auch ohne Unterstützung in der Lage seien, verlorene Gliedmaßen zu ersetzen – auch wenn im Falle des Beins nur ein Sporn nachwachse. Andere Studien hätten bereits Aufschluss über bestimmte zelluläre Prozesse gegeben, die zum Verlust der Regenerationsfähigkeit erwachsener Frösche führen könnten, erläutert Yun. Es wäre wichtig zu untersuchen, wie der Bioreaktor auch diese Prozesse beeinflusst.

Die Studienautoren selbst denken bereits über Versuche mit anderen Tierarten nach, wie Mitautor Michael Levin ankündigt: »Wir werden als Nächstes testen, wie diese Behandlung bei Säugetieren angewendet werden könnte.« Langfristiges Ziel sei es, auf diesem Weg eine Therapie zu entwickeln, die eine Regeneration von Armen und Beinen beim Menschen ermöglicht.

Die Studie mit den amputierten Froschbeinen wirkt sehr martialisch. Aber die Wissenschaftler hoffen auf ein größeres Ziel. Vielleicht könnte irgendwann einmal eine ähnliche Therapie aus solchen Experimenten für den Menschen erwachsen, die Arme oder Beine verloren haben. Erst vor einigen Jahren entdeckten Wissenschaftler, welche Zelle bei Axolotln für das geheimnisvolle Wachstum verantwortlich sind. Auch der Mensch verfügt über ähnliche Strukturen.

Nachwachsen von Organen vielleicht möglich

Biologin Yun gibt allerdings zu bedenken, dass die menschlichen Gliedmaßen sehr komplex und im Verhältnis zum Rest des Körpers auch sehr groß seien: »Wir können noch nicht sagen, ob das in der Studie beschriebene Verfahren zum Nachwachsen von Gliedmaßen beim Menschen führen würde«, sagt Yun, die selbst die Regenerationsfähigkeit von Salamandern erforscht.

Auch unabhängig davon könne die Erforschung von Super-Regeneratoren – also von Tieren, die komplexe Strukturen nachwachsen lassen können – nach Ansicht der Wissenschaftlerin zur Anwendung beim Menschen führen: »Selbst, wenn sich das Nachwachsen von Armen oder Beinen als unmögliches Unterfangen erweisen sollte, könnten diese Erkenntnisse zu Therapien beitragen, die auf andere Organe oder Strukturen abzielen. In dieser Hinsicht birgt diese Studie ein großes Potenzial.«

joe/dpa

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