Wissenschaftler identifiziert Signale, die der Regeneration zugrunde liegen

Viele Salamander können ein verlorenes Glied leicht regenerieren, aber erwachsene Säugetiere, einschließlich des Menschen, können dies nicht. Warum das so ist, ist ein wissenschaftliches Rätsel, das Naturbeobachter seit Jahrtausenden fasziniert.

Nun ist ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von James Godwin, Ph.D., vom MDI Biological Laboratory in Bar Harbor, Maine, diesem Rätsel mit der Entdeckung von Unterschieden in der molekularen Signalübertragung, die die Regeneration im Axolotl . fördern, einen Schritt näher gekommen , einem hochregenerativen Salamander, während es bei der erwachsenen Maus blockiert wird, die ein Säugetier mit begrenzten regenerativen Fähigkeiten ist.

“Wissenschaftler des MDI Biological Laboratory verlassen sich seit seiner Gründung im Jahr 1898 auf die vergleichende Biologie, um Erkenntnisse über die menschliche Gesundheit zu gewinnen”, sagte Hermann Haller, MD, Präsident der Institution. “Die Entdeckungen, die James Godwins vergleichende Studien bei Axolotl und Maus ermöglichten, sind ein Beweis dafür, dass die Idee, von der Natur zu lernen, heute genauso gültig ist wie vor mehr als 120 Jahren.”

Anstatt verlorene oder verletzte Körperteile zu regenerieren, bilden Säugetiere typischerweise eine Narbe an der Stelle einer Verletzung. Da die Narbe eine physische Barriere für die Regeneration darstellt, hat sich die Forschung in der regenerativen Medizin am MDI Biological Laboratory darauf konzentriert, zu verstehen, warum der Axolotl keine Narbe bildet – oder warum er auf Verletzungen nicht so reagiert wie der Maus und andere Säugetiere tun.

“Unsere Forschung zeigt, dass der Mensch ein ungenutztes Regenerationspotential hat”, sagte Godwin. „Wenn wir das Problem der Narbenbildung lösen können, können wir möglicherweise unser latentes Regenerationspotenzial freisetzen. Axolotl bilden keine Narben, was die Regeneration ermöglicht. Aber sobald sich eine Narbe gebildet hat, ist das Spiel vorbei in Bezug auf Wenn wir die Narbenbildung beim Menschen verhindern könnten, könnten wir die Lebensqualität so vieler Menschen verbessern.“

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Der Axolotl als Vorbild für die Regeneration

Der Axolotl, ein in freier Wildbahn fast ausgestorbener mexikanischer Salamander, ist aufgrund seiner einzigartigen Stellung als Naturschützer der Regeneration ein beliebtes Modell in der Forschung der regenerativen Medizin. Während die meisten Salamander eine gewisse Regenerationsfähigkeit haben, kann der Axolotl fast jeden Körperteil regenerieren, einschließlich Gehirn, Herz, Kiefer, Gliedmaßen, Lunge, Eierstöcke, Rückenmark, Haut, Schwanz und mehr.

Da Säugetierembryonen und -juvenile die Fähigkeit haben, sich zu regenerieren – zum Beispiel können menschliche Säuglinge Herzgewebe regenerieren und Kinder können Fingerspitzen regenerieren – ist es wahrscheinlich, dass erwachsene Säugetiere den genetischen Code für die Regeneration behalten, was die Aussicht erhöht, dass pharmazeutische Therapien entwickelt werden ermutigen den Menschen, Gewebe und Organe zu regenerieren, die durch Krankheiten oder Verletzungen verloren gegangen sind, anstatt eine Narbe zu bilden.

In seiner jüngsten Forschung verglich Godwin Immunzellen, die Makrophagen im Axolotl genannt werden, mit denen in der Maus mit dem Ziel, die Qualität der Axolotl-Makrophagen zu identifizieren, die die Regeneration fördern. Die Forschung baut auf früheren Studien auf, in denen Godwin herausfand, dass Makrophagen für die Regeneration entscheidend sind: Wenn sie erschöpft sind, bildet der Axolotl eine Narbe, anstatt sich zu regenerieren, genau wie bei Säugetieren.

Die neuere Forschung ergab, dass, obwohl die Makrophagen-Signalgebung im Axolotl und in der Maus ähnlich war, wenn die Organismen Krankheitserregern wie Bakterien, Pilzen und Viren ausgesetzt waren, bei der Exposition gegenüber Verletzungen eine andere Geschichte war: die Makrophagen-Signalgebung im Axolotl förderte das Wachstum von neuem Gewebe, während das bei der Maus die Narbenbildung förderte.

Das Papier über die Forschung mit dem Titel “Distinct TLR Signaling in the Salamander Response to Tissue Damage” wurde kürzlich in der Zeitschrift Developmental Dynamics veröffentlicht. Zu den Autoren gehören neben Godwin auch Nadia Rosenthal, Ph.D., von The Jackson Laboratory; Ryan Dubuque und Katya E. Chan vom Australian Regenerative Medicine Institute (ARMI); und Sergej Nowoshilow, Ph.D., vom Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie in Wien, Österreich.

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Godwin, der eine gemeinsame Position mit The Jackson Laboratory innehat, war früher mit ARMI verbunden und Rosenthal ist der Gründungsdirektor von ARMI. Das MDI Biological Laboratory und ARMI haben eine Partnerschaftsvereinbarung zur Förderung von Forschung und Ausbildung zur Regeneration und zur Entwicklung neuer Therapien zur Verbesserung der menschlichen Gesundheit.

Insbesondere berichtete das Papier, dass die Signalantwort einer Klasse von Proteinen, die als Toll-like-Rezeptoren (TLRs) bezeichnet werden und es Makrophagen ermöglichen, eine Bedrohung wie eine Infektion oder eine Gewebeverletzung zu erkennen und eine entzündungsfördernde Reaktion auszulösen, „unerwartet abweichend“ war. als Reaktion auf Verletzungen beim Axolotl und der Maus. Der Befund bietet ein faszinierendes Fenster in die Mechanismen der Regeneration im Axolotl.

In der Lage sein, „die Hebel der Regeneration zu ziehen“

Die Entdeckung eines alternativen, mit der Regeneration kompatiblen Signalweges könnte letztendlich zu regenerativen medizinischen Therapien für den Menschen führen. Auch wenn das Nachwachsen einer menschlichen Gliedmaße kurzfristig nicht realistisch ist, bestehen erhebliche Möglichkeiten für Therapien, die die klinischen Ergebnisse bei Krankheiten verbessern, bei denen Narbenbildung eine wichtige Rolle in der Pathologie spielt, einschließlich Herz-, Nieren-, Leber- und Lungenerkrankungen.

“Wir kommen dem Verständnis immer näher, wie Axolotl-Makrophagen auf die Regeneration vorbereitet werden, was uns näher daran bringt, die Hebel der Regeneration beim Menschen zu betätigen”, sagte Godwin. “Ich stelle mir zum Beispiel vor, ein topisches Hydrogel an der Stelle einer Wunde verwenden zu können, das mit einem Modulator versetzt ist, der das Verhalten menschlicher Makrophagen so verändert, dass es dem des Axolotl ähnelt.”

Godwin, ein Immunologe, hat sich entschieden, die Funktion des Immunsystems bei der Regeneration zu untersuchen, da es bei der Vorbereitung der Wunde für die Reparatur als Äquivalent eines Ersthelfers an der Stelle einer Verletzung eine Rolle spielt. Seine jüngste Forschung öffnet die Tür zur weiteren Kartierung kritischer Knoten in TLR-Signalwegen, die die einzigartige Immunumgebung regulieren, die eine Axolotl-Regeneration und eine narbenfreie Reparatur ermöglicht.

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