Het regenereren van verloren lichaamsdelen is onmogelijk voor mensen, maar het kraken van de cellulaire code van salamanders kan helpen om ernstige wonden te behandelen.

Salamanders zijn opmerkelijke wezens. Als een van deze amfibieën een vinger verliest, groeit deze terug. Bovendien, als je een stukje hart of ruggenmerg wegsnijdt, regenereert het. Misschien wel het meest indrukwekkend, ze kunnen zelfs een poot teruggroeien die is afgebeten door een hongerig roofdier.

Een van de bekendste salamandersoorten is de axolotl (Ambystoma mexicanum), die voorkomt in meren bij Mexico-Stad.

De axolotl is een echte Peter Pan onder de salamanders. Zelfs de 30 centimeter lange reproductieve volwassene behoudt gedurende zijn hele levenscyclus kenmerken van zijn jeugdige fase.

De prominente kieuwen die uit de achterkant van de kop steken, worden bewaard uit de larvale fase van de axolotl. Dat hij zijn hele leven lang nooit het water verlaat, is ongebruikelijk voor een amfibie.

Vuurgod

Axolotls zijn vernoemd naar de Azteekse god van het vuur Xolotl die, volgens de legende, zichzelf vermomde als een salamander om te voorkomen dat hij werd geofferd. Tegenwoordig bestuderen wetenschappers axolotls in hun laboratoria vanwege hun verbazingwekkende vermogen om een ​​of zelfs twee ledematen opnieuw te laten groeien.

"Ik ben nog steeds gefascineerd door hoe de ledematen regenereren", zegt professor Elly Tanaka van het onderzoeksinstituut voor moleculaire pathologie in Wenen, Oostenrijk, die al bijna twee decennia salamanders bestudeert.

Haar laboratorium richt zich op de kenmerkende axolotl-soorten, maar "Alle salamanders die mensen hebben bestudeerd, lijken ledematen te regenereren", zegt ze.

Als onderdeel van het RegGeneMems-project probeert prof Tanaka het mysterie te ontrafelen achter hoe moleculen de cellen in de gewonde axolotl aansturen om zich te ontwikkelen en te bewegen, waardoor een hele ledemaat in de juiste verhouding en grootte wordt hersteld.

Deze regeneratie is mogelijk tot aan de schouder en het gebeurt alsof het dier eerst een ledemaat laat groeien.

Hoewel het voor een persoon binnen het domein van science-fiction blijft om ooit een arm of een been te laten groeien, geloven onderzoekers dat de salamanders inzicht kunnen bieden in hoe verwondingen van patiënten beter kunnen worden behandeld.

"Als ze een ledemaat verliezen, of zelfs twee ledematen, zijn ze nog steeds behoorlijk mobiel omdat ze met hun staart kunnen rondzwemmen", zegt prof. Tanaka.

Mobiele kit

"De les van de salamanders is dat je vrijwel dezelfde moleculaire machinerie gebruikt als tijdens de ontwikkeling van de ledemaat", zegt prof. Tanaka. Met lessen van de axolotl konden we daarom onze eigen blessurereparatieset een boost geven.

Zodra een axolotl-lidmaat verloren is gegaan, vormt zich een bloedstolsel op de plaats van de wond. Huidcellen verplaatsen zich om de wond binnen een dag te bedekken. Dan beginnen de weefsels eronder zich te herschikken en vormen eerst een door elkaar gegooide massa cellen - een blastema - die enige organisatie lijkt te missen.

Een blastema is een massa ongedifferentieerde cellen die het vermogen heeft om in een orgaan of aanhangsel te veranderen. Het is vooral belangrijk bij de regeneratie van afgehakte ledematen.

In menselijke wonden wordt littekenweefsel gevormd door lijmachtige cellen die fibroblasten worden genoemd. Bij salamanders gebeurt er iets verbazingwekkends als deze cellen binnen enkele weken een stap terug in de tijd doen om minder gespecialiseerd te worden.

Ze herwinnen voldoende flexibiliteit om bot, ligament, pees of kraakbeen te worden. Vervolgens schieten ze elkaar signalen af ​​die de reconstructie van het ontbrekende lichaamsdeel van de stronk sturen, waardoor een exacte replica ontstaat.

Prof Tanaka ontdekte onlangs hoe enkele cruciale signalen helpen bij het rangschikken van cellen en weefsels uit wat lijkt op een verwarde mengelmoes.

Ze ontdekte dat cellen in het regenererende weefsel die afkomstig zijn van de duimzijde van de ledemaat andere signalen gaan produceren dan cellen van de pinkzijde.

Sonische egel

"De duimzijde produceert FGF-8 (fibroblastgroeifactor), en dit vertelt de pinky-side-cellen die ze nodig hebben om Sonic Hedgehog te produceren," zei Prof Tanaka.

Het Sonic Hedgehog-signaalmolecuul (SHH), genoemd ter ere van het beroemde Sonic the Hedgehog-videogamepersonage, is cruciaal voor de embryonale ontwikkeling bij dieren en mensen.

Een ander signaalmolecuul, dat ook bij mensen wordt aangetroffen, is FGF-8, dat ook een rol speelt bij weefselherstel en -ontwikkeling.

Samen zorgen FGF-8 en SHH voor pro-groeicondities in de beschadigde ledemaat en helpen ze de wirwar van cellen in het blastema te sturen.

"Je hebt cellen van de pink- en duimzijde van de ledemaat nodig om in dit blastema te komen, en dus heb je alle celtypen die je nodig hebt om te herbouwen", zei prof. Tanaka.

Een andere wetenschapper die geïntrigeerd is door axolotls is celbioloog Dr. Sandra Edwards van de TU Dresden. Ze raakte geïnteresseerd in salamanders na het volgen van een onderzoekscursus in de VS tijdens haar Ph.D. in Chili, waar ze haar carrière een andere wending geeft.

Ze solliciteerde om lid te worden van het laboratorium van Tatiana Sandoval-Guzmán, een eminente onderzoeker van axolotl-ledematenherstel bij het Centrum voor Regeneratieve Therapieën Dresden (CRTD).

"Hoe meer ik hoorde over salamanders, hoe meer ik gefascineerd raakte", herinnert dr. Edwards zich, die hoopt dat haar onderzoek op een dag patiënten kan helpen.

Weefselspanning

In het ProDistReg-project bestudeert de Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA)-collega Dr. Edwards hoe verschillen in spanning in weefsels het herstel kunnen beïnvloeden en het dier kunnen helpen om van wat lijkt op cellulaire chaos een perfect functionerend ledemaat te maken.

Ze raakte geïntrigeerd door het feit dat hergroei van ledematen even lang duurt, ongeacht de hoeveelheid weefsel die wordt vervangen. Dit betekent dat ledematen sneller moeten groeien als er meer weefsel wordt verwijderd.

"Mijn hypothese is dat de spanning of stijfheid hoger is in weefsels die langzamer groeien," zei ze.

Het lijkt misschien verrassend, maar de mechanica en stijfheid van weefsels kunnen hun ontwikkeling en regeneratie beïnvloeden, evenals pathologieën zoals kanker.

Er is een webachtig netwerk dat het cytoskelet in cellen wordt genoemd. Dit kan externe druk detecteren wanneer het wordt gecomprimeerd, waardoor toegangspunten (vergelijkbaar met postbussen) naar de kern van een cel worden geopend, waardoor moleculaire berichten kunnen binnenstromen en genen aan en uit kunnen worden gezet.

"In ons systeem hebben we waargenomen dat tijdens het genereren van ledematen in de axolotl, weefsels die zich dichter bij het lichaam bevinden zachter zijn en sneller groeien dan weefsels die zich verder van het lichaam bevinden, bijvoorbeeld aan het uiteinde van een ledemaat, die stijver zijn ."

Celmatrix

Kennis over weefselstijfheid kan gewonde patiënten helpen. Hoewel het mogelijk is dat dergelijke patiënten worden behandeld met stamcellen die in een matrix worden afgeleverd, kan de druk in de weefsels van de patiënt belangrijk blijken te zijn.

"Het kan zijn dat de weefsels en hun cellen op verschillende delen van het lichaam zich anders gedragen, zelfs binnen dezelfde structuur zoals de arm, zoals de boven- en onderarm, zei Dr. Edwards. Daarom is in de regeneratieve geneeskunde, waar cel- met matrixen worden getransplanteerd in grote wonden, het kan zijn dat dergelijke scaffolds anders moeten zijn, afhankelijk van waar in het lichaam ze zullen worden geplaatst.

Hoewel Prof Tanaka de meeste dagen besteedt aan het bestuderen van de moleculaire mechanica van axolotl-reparatie, voorziet ook zij toekomstige voordelen voor gewonde patiënten. Maar salamanders en zoogdieren ontwikkelen zich anders.

Wanneer we bij zoogdieren, zoals wij, voor het eerst een arm ontwikkelen, gebeurt dit op kleine schaal in een embryo. De salamander is anders. Het lijkt een knop te bevatten die zich kan ontwikkelen tot een grote volwassen arm.

Stamcellen

"We zullen niet in staat zijn om een ​​menselijke cel te vragen om dit te doen, omdat het bedraad is om op kleine schaal te werken", zei prof. Tanaka. "Maar we kunnen misschien een groep menselijke stamcellen produceren die regenereren als een axolotl."

Dit kan zeer gunstig zijn, bijvoorbeeld voor mensen met uitgebreide brandwonden. Herstel van deze huid geeft een persoon momenteel geen zweetklieren, haarzakjes en andere celtypes, maar lessen van de salamander zouden dit mogelijk kunnen maken.

"Het resetten van deze fibroblasten - wat de axolotl doet - kan heel relevant zijn voor een betere genezing van zeer grote wonden, zoals van brandwonden," zei prof. Tanaka. + Verder verkennen

Waarom kikkers verloren ledematen niet kunnen regenereren zoals axolotls