Zou de mens ooit een ledemaat kunnen regenereren?

Als je de poot van een salamander afsnijdt, groeit hij weer aan. Mensen kunnen dit kunstje echter niet. De redenen hiervoor zijn verre van eenvoudig en tot op zekere hoogte nog steeds een raadsel.

“Wij regenereren eigenlijk heel goed; onze opperhuid, bijvoorbeeld,” vertelde David Gardiner, hoogleraar ontwikkelings- en celbiologie aan de University of California, Irvine, aan Live Science, verwijzend naar de bovenste laag van de huid. “Ons darmslijmvlies, kunnen we stukjes en beetjes regenereren. Maar deze meer complexe structuren regenereren we niet.”

Gardiner bestudeert al tientallen jaren de regeneratie van salamanders, op zoek naar het onderliggende mechanisme van de superkracht. Menselijke regeneratie, zei hij, is waarschijnlijk nog steeds in de toekomst, maar niet te ver weg – het is mogelijk dat een van zijn huidige afgestudeerde studenten of postdoctorale onderzoekers het zal kraken, en regeneratie van ledematen zal een deel van de medische gereedschapskist worden.

Dat komt omdat het in theorie mogelijk moet zijn om een menselijk ledemaat opnieuw te laten groeien. In de huid bijvoorbeeld, als de sneden niet diep zijn, zullen er geen littekens ontstaan door het genezingsproces dat huidcellen regenereert. Het is ook mogelijk voor mensen om de toppen van de vingers te regenereren als de cellen onder de vingernagels nog intact zijn. Botten zullen aan elkaar groeien als je de stukken bijvoorbeeld met een schroef of een gipsverband weer samenvoegt. Menselijke levers kunnen ook groeien om de ruimte op te vullen en een deel van de beschadigde structuur weer op te bouwen.

Een heel ledemaat laten groeien

Maar regeneratie van ledematen (zoals salamanders doen) is meer dan alleen weefsel vervangen. Voor de regeneratie van een ledemaat zijn botten, spieren, bloedvaten en zenuwen nodig. Er zijn volwassen stamcellen, een soort ongedifferentieerde cellen die gespecialiseerd kunnen worden, die spieren regenereren, maar ze lijken niet te activeren. “Je kunt bloedvaten en zelfs zenuwen regenereren,” zei Gardiner. “Maar de hele arm kan dat niet.”

Stéphane Roy, directeur van het laboratorium voor weefselregeneratie bij gewervelde dieren aan de Universiteit van Montreal, merkte op dat huid, lever en botten niet regenereren in dezelfde zin als salamanders dat doen.

“Mensen kunnen alleen de oppervlakkige huidlaag vervangen, (wat in feite een continu proces is dat homeostase wordt genoemd),” zei hij in een e-mail. “Het meeste stof in een huis zijn dode huidcellen die we zijn kwijtgeraakt.”

“Leverregeneratie is ook heel anders dan ledemaatregeneratie bij salamanders,” zei Roy. “Leverregeneratie is eigenlijk compensatoire hyperplasie, wat betekent dat wat overblijft in omvang zal toenemen om te compenseren wat verloren is gegaan.” Dus het leverweefsel dat er is zal groter worden, maar als de hele lever verloren zou gaan, zou het niet kunnen regenereren.

“Wat verloren is gegaan zal niet opnieuw groeien, en daarom kun je de lever niet opnieuw amputeren, in tegenstelling tot ledematen in een salamander, die meerdere malen kunnen worden geamputeerd en elke keer zal er een nieuw ledemaat regenereren.”

De mens kan wel regenereren

Gardiner zegt echter dat de mens al in de baarmoeder hele orgaansystemen opbouwt; op basis van slechts wat genetische informatie ontwikkelt een menselijk embryo zich in negen maanden tot een volledig mens. Er is dus een beperkt vermogen om dingen opnieuw te laten groeien, en dat is evolutionair gezien logisch – mensen moeten kunnen genezen, zei hij.

Daar komt nog bij dat de onderliggende genetische machinerie in een mens en een salamander niet zoveel verschilt, ook al divergeerde onze laatste gemeenschappelijke voorouder in het Devoon, zo’n 360 miljoen jaar geleden. “Er zijn geen speciale genen voor regeneratie,” zei Gardiner. “Er zijn stappen die ze doorlopen en minstens één van die stappen werkt niet bij mensen.”

Om een ledemaat opnieuw te laten aangroeien, moeten de cellen weten waar ze zich bevinden – bevinden ze zich in het uiterste puntje van een ledemaat bij de vingers, of bevinden ze zich in het ellebooggewricht? – en ze moeten de juiste structuren in de juiste volgorde bouwen. Salamanders hebben bepaalde genen die bij mensen zijn “uitgeschakeld”, aldus Gardiner. Misschien maken die genen regeneratie mogelijk, of helpen ze in ieder geval het proces te beheersen. Iets in het evolutionaire verleden van de mens selecteerde tegen het tot expressie brengen van deze genen zoals salamanders doen. Niemand weet wat dat was, zei hij.

In 2013 heeft een Australische wetenschapper, James Godwin, van de Monash University misschien een deel van dat mysterie opgelost. Hij ontdekte dat cellen, macrofagen genaamd, de opbouw van littekenweefsel bij salamanders lijken te voorkomen. Macrofagen bestaan ook bij andere dieren, waaronder mensen, en maken deel uit van het immuunsysteem. Hun functie is het stoppen van infecties en het veroorzaken van ontstekingen, wat het signaal is aan de rest van het lichaam dat herstel nodig is. Salamanders zonder macrofagen slaagden er niet in hun ledematen te regenereren, maar vormden in plaats daarvan littekens.

Gardiner zei dat Godwin’s werk een stap was in de richting van begrip van de regeneratie van ledematen. Normaal gesproken ontwikkelen salamanders helemaal geen littekenweefsel. Wanneer een mens een spier scheurt of een diepe snee oploopt, waardoor het bindweefsel wordt beschadigd, vormt zich littekenweefsel. Dit littekenweefsel biedt niet dezelfde functionaliteit als het oorspronkelijke spul.

“Als ik een salamander littekenweefsel kan laten ontwikkelen, zou dat echt iets zijn,” zei Gardiner, want dat zou licht werpen op het mechanisme dat mensen niet in staat stelt een ledemaat of orgaan te laten hergroeien. Macrofagen zouden dus een deel van het verhaal kunnen zijn, maar niet het hele verhaal.

Neotonie en regeneratie van ledematen

Het vermogen om “jong te blijven” kan een ander inzicht geven in het mysterie van regeneratie van ledematen. Mexicaanse salamanders, axolotls genaamd, of Ambystoma mexicanum, zijn neotenisch, wat betekent dat ze hun jeugdkenmerken behouden tot ze volwassen zijn. Dit is de reden waarom axolotls hun kieuwen behouden als ze volwassen worden, terwijl andere salamandersoorten dat niet doen.

Mensen bezitten ook neotenie, wat de reden is waarom volwassenen meer op ons baby-zijn lijken dan het geval is bij andere primaten, en waarom wij er langer over doen om volwassen te worden dan, bijvoorbeeld, chimpansees. Misschien is er een verband tussen neotenie en regeneratie. Gardiner merkt op dat jongere mensen beter in staat lijken te zijn te genezen dan oudere.

Bovendien ontdekten onderzoekers van de Harvard Medical School dat een gen met de naam Lin28a, dat actief is bij onvolwassen dieren (en mensen), maar wordt uitgeschakeld naarmate ze volwassener worden, een rol speelt bij het feit dat muizen weefsel kunnen regenereren – of in ieder geval de toppen van hun tenen en oren kunnen laten groeien. Eens de dieren meer dan 5 weken oud waren, waren ze niet meer in staat die delen te laten aangroeien, zelfs niet wanneer de functie van Lin28a werd gestimuleerd. Lin28a maakt deel uit van het controlesysteem van het dier voor de stofwisseling – wanneer het gestimuleerd wordt, kan het een dier meer energie laten genereren, alsof het jonger was.

Maar de precieze aard van het verband is nog niet duidelijk. Alle salamanders kunnen ledematen regenereren, maar alleen axolotls zijn neotenisch, merkte Roy op.

Salamanders, en met name axolotls, kunnen stamcellen rekruteren om ledematen te laten aangroeien, en het soort cellen dat op een wond reageert lijkt ook verband te houden met de vraag of ledematen weer kunnen aangroeien. Gardiner was in staat om salamanders extra ledematen te laten groeien door de groei van zenuwcellen op een plaats van de wond te stimuleren.

“Het kan te maken hebben met een sterke immuunrespons, of het specifiek vrijkomen van bepaalde groeifactoren, of een combinatie van beide. Het zou deels een kwestie van biofysica kunnen zijn: De ledematen van salamanders zijn veel kleiner dan die van mensen; kikkers kunnen hun ledematen echter niet regenereren, dus het is misschien niet alleen een kwestie van grootte,” zei Roy.

Dit mysterie blijft een – althans voor nu.

Oorspronkelijk artikel op Live Science.