Könnte der Mensch jemals eine Gliedmaße nachwachsen lassen?

Wenn man einem Salamander das Bein abschneidet, wächst es nach. Der Mensch jedoch schafft das Kunststück nicht. Die Gründe dafür sind alles andere als einfach und teilweise noch immer ein Rätsel.

„Wir können uns tatsächlich sehr gut regenerieren, zum Beispiel unsere Epidermis“, sagt David Gardiner, Professor für Entwicklungs- und Zellbiologie an der University of California, Irvine, gegenüber Live Science und meint damit die oberste Hautschicht. „Unsere Darmschleimhaut können wir Stück für Stück regenerieren. Aber wir regenerieren diese komplexeren Strukturen nicht.“

Gardiner hat die Regeneration des Salamanders jahrzehntelang studiert, um den zugrundeliegenden Mechanismus der Superkraft zu finden. Die menschliche Regeneration, sagt er, liegt wahrscheinlich noch in der Zukunft, aber nicht allzu weit entfernt – es ist möglich, dass einer seiner derzeitigen Doktoranden oder Postdocs sie knackt und die Regeneration von Gliedmaßen ein Teil des medizinischen Werkzeugkastens sein wird.

Das liegt daran, dass es theoretisch möglich sein sollte, eine menschliche Gliedmaße nachwachsen zu lassen. In der Haut, zum Beispiel, wenn die Schnitte nicht tief sind, gibt es keine Narbenbildung aufgrund des Heilungsprozesses, der Hautzellen regeneriert. Beim Menschen ist es auch möglich, die Fingerspitzen zu regenerieren, wenn die Zellen unter den Fingernägeln noch intakt sind. Knochen können zusammenwachsen, wenn man die Stücke wieder zusammenfügt, zum Beispiel mit einer Schraube oder einem Gips. Menschliche Lebern können auch wachsen, um den Raum zu füllen und einen Teil der beschädigten Struktur wieder aufzubauen.

Wachsen einer ganzen Gliedmaße

Aber die Regeneration von Gliedmaßen (wie bei Salamandern) ist mehr als nur der Ersatz von Gewebe. Damit sich eine Gliedmaße regenerieren kann, braucht man Knochen, Muskeln, Blutgefäße und Nerven. Es gibt adulte Stammzellen, eine Art von undifferenzierten Zellen, die sich spezialisieren können, die Muskeln regenerieren, aber sie scheinen nicht aktiviert zu werden. „Sie können Blutgefäße und sogar Nerven regenerieren“, sagte Gardiner. „Aber der ganze Arm kann das nicht.“

Stéphane Roy, Leiter des Labors für Geweberegeneration bei Wirbeltieren an der Universität Montreal, merkte an, dass sich Haut, Leber und Knochen nicht in demselben Sinne regenerieren, wie es Salamander tun.

„Der Mensch kann nur die oberflächliche Hautschicht ersetzen, (was eigentlich ein kontinuierlicher Prozess ist, der als Homöostase bezeichnet wird)“, sagte er in einer E-Mail. „Der meiste Staub in einem Haus besteht aus abgestorbenen Hautzellen, die wir verloren haben.“

„Die Leber ist auch ganz anders als die Regeneration der Gliedmaßen im Salamander“, sagte Roy. „Leberregeneration ist wirklich kompensatorische Hyperplasie, was bedeutet, dass das, was übrig ist, in der Größe wächst, um das zu kompensieren, was verloren ist.“ Wenn aber die gesamte Leber verloren ginge, könnte sie sich nicht regenerieren.

„Was verloren gegangen ist, wächst nicht nach, und deshalb kann man die Leber nicht erneut amputieren, im Gegensatz zu den Gliedmaßen eines Salamanders, die mehrfach amputiert werden können und jedes Mal eine neue Gliedmaße nachwächst.“

Menschen haben die Fähigkeit zur Regeneration

Gardiner sagte jedoch, dass der Mensch ganze Organsysteme im Mutterleib aufbaut; aus nur einigen genetischen Informationen entwickelt sich ein menschlicher Embryo in neun Monaten zu einem kompletten Menschen. Es gibt also eine begrenzte Fähigkeit, Dinge nachwachsen zu lassen, und das macht evolutionär Sinn – der Mensch muss in der Lage sein, zu heilen, sagte er.

Darüber hinaus ist die zugrundeliegende genetische Maschinerie in einem Menschen und einem Salamander nicht so unterschiedlich, obwohl unser letzter gemeinsamer Vorfahre während der Devon-Periode, vor etwa 360 Millionen Jahren, divergierte. „Es gibt keine speziellen Gene für die Regeneration“, sagte Gardiner. „Es gibt diese Schritte, die sie durchlaufen, und mindestens einer dieser Schritte funktioniert beim Menschen nicht.“

Um eine Gliedmaße nachwachsen zu lassen, müssen die Zellen wissen, wo sie sich befinden – sind sie an der Spitze einer Gliedmaße bei den Fingern, oder sind sie am Ellbogengelenk? – und sie müssen die richtigen Strukturen in der richtigen Reihenfolge aufbauen. Salamander haben bestimmte Gene, die beim Menschen „ausgeschaltet“ sind, so Gardiner. Vielleicht ermöglichen diese Gene die Regeneration oder helfen zumindest, den Prozess zu kontrollieren. Irgendetwas in der evolutionären Vergangenheit des Menschen hat sich dagegen entschieden, diese Gene so zu exprimieren, wie es Salamander tun. Niemand weiß, was dieses Etwas war, sagte er.

Im Jahr 2013 hat ein australischer Wissenschaftler, James Godwin, an der Monash University möglicherweise einen Teil dieses Geheimnisses gelöst. Er fand heraus, dass Zellen, sogenannte Makrophagen, den Aufbau von Narbengewebe bei Salamandern zu verhindern scheinen. Makrophagen existieren auch bei anderen Tieren, einschließlich des Menschen, und sind Teil des Immunsystems. Ihre Funktion ist es, Infektionen zu stoppen und Entzündungen zu verursachen, die dem Rest des Körpers signalisieren, dass eine Reparatur notwendig ist. Salamander, denen Makrophagen fehlten, konnten ihre Gliedmaßen nicht regenerieren und bildeten stattdessen Narben.

Gardiner sagte, dass Godwins Arbeit ein Schritt zum Verständnis der Regeneration von Gliedmaßen sei. Normalerweise entwickeln Salamander überhaupt kein Narbengewebe. Wenn ein Mensch einen Muskel reißt oder einen tiefen Schnitt bekommt, der das Bindegewebe beschädigt, bildet sich Narbengewebe. Dieses Narbengewebe bietet nicht die gleiche Funktionalität wie das ursprüngliche Material.

„Wenn ich einen Salamander dazu bringen könnte, eine Narbe zu bilden, wäre das wirklich etwas Besonderes“, sagte Gardiner, denn das würde Licht auf den Mechanismus werfen, der beim Menschen dafür sorgt, dass Gliedmaßen oder Organe nicht nachwachsen können. Makrophagen könnten also ein Teil der Geschichte sein, aber nicht alles.

Neotonie und Gliedmaßenregeneration

Die Fähigkeit, „jung zu bleiben“, könnte einen weiteren Einblick in das Geheimnis der Gliedmaßenregeneration geben. Mexikanische Salamander, Axolotl genannt, oder Ambystoma mexicanum, sind neotenisch, was bedeutet, dass sie juvenile Merkmale bis ins Erwachsenenalter beibehalten. Das ist der Grund, warum Axolotls Kiemen behalten, wenn sie erwachsen sind, während andere Salamanderarten dies nicht tun.

Menschen besitzen ebenfalls Neotenie, was der Grund dafür ist, dass wir als Erwachsene mehr wie unsere Babys aussehen, als es bei anderen Primaten der Fall ist, und warum wir länger brauchen, um zu reifen, als es zum Beispiel Schimpansen tun. Vielleicht gibt es einen Zusammenhang mit Neotenie und Regeneration. Gardiner merkt an, dass jüngere Menschen besser in der Lage zu sein scheinen, zu heilen als ältere.

Forscher der Harvard Medical School fanden außerdem heraus, dass ein Gen namens Lin28a, das bei unreifen Tieren (und Menschen) aktiv ist, aber mit zunehmender Reife abgeschaltet wird, dazu beiträgt, dass Mäuse Gewebe regenerieren können – oder zumindest die Spitzen ihrer Zehen und Ohren nachwachsen. Sobald die Tiere mehr als 5 Wochen alt waren, waren sie nicht mehr in der Lage, diese Teile nachwachsen zu lassen, selbst wenn die Lin28a-Funktion stimuliert wurde. Lin28a ist Teil des tierischen Kontrollsystems für den Stoffwechsel – wenn es stimuliert wird, kann es ein Tier dazu bringen, mehr Energie zu erzeugen, als ob es jünger wäre.

Aber die genaue Art des Zusammenhangs ist noch nicht verstanden. Während alle Salamander Gliedmaßen regenerieren können, sind nur Axolotl neotenisch, bemerkte Roy.

Salamander, insbesondere Axolotl, können Stammzellen rekrutieren, um das Nachwachsen von Gliedmaßen zu starten, und die Arten von Zellen, die auf eine Wundstelle reagieren, scheinen auch damit verbunden zu sein, ob Gliedmaßen nachwachsen können. Gardiner konnte Salamander dazu bringen, zusätzliche Gliedmaßen wachsen zu lassen, indem er das Wachstum von Nervenzellen an einer Wundstelle stimulierte.

„Es könnte mit einer starken Immunantwort zu tun haben, oder mit der spezifischen Freisetzung einiger Wachstumsfaktoren, oder einer Kombination aus beidem. Es könnte teilweise eine Frage der Biophysik sein: Die Gliedmaßen von Salamandern sind viel kleiner als die des Menschen, aber Frösche können ihre Gliedmaßen nicht regenerieren, also ist es vielleicht nicht nur eine Frage der Größe“, so Roy.

Dieses Rätsel bleibt eines – zumindest vorerst.

Originalartikel auf Live Science.