Fähigkeit zur Regeneration wiederbelebt: Forscher lassen Fröschen Gliedmaßen nachwachsen

Wenn Menschen oder Tiere sich verletzen und dabei eine Gliedmaße verlieren, ist die erste Sorge des Körpers, Blutverlust und Infektionen zu verhindern. Deshalb verschließen die meisten Arten die Wunde rasch mit kollagenhaltigem Narbengewebe. Doch das verhindert auch die Regeneration des verloren gegangenen Fingers, Beins oder Arms. Dass das grundsätzlich möglich ist, zeigt der Schwanzlurch Axolotl, der Gliedmaßen, Organe und sogar Teile seines Gehirns nach einem Verlust wiederherstellen kann. Bestimmte Plattwürmer, Planarien, kann man sogar durchschneiden und aus den zwei Teilen entstehen alsbald zwei komplette neue Exemplare.

Krallenfrösche (Xenopus laevis) können das ebensowenig wie der Mensch. Doch nun haben Wissenschaftler der US-amerikanischen Tufts University und des Wyss-Instituts der Harvard University es mit einem Medikamentencocktail geschafft, dass den Tieren amputierte Hinterbeine fast vollständig nachwachsen.

Dazu entfernten die Forscher zunächst 115 weiblichen erwachsenen Exemplaren ein Hinterbein. 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 und zusätzlich fünf Medikamente enthielt: 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.

Beine wuchsen fast vollständig nach

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. Dafür reagierten die neuen Beine auf Berührungsreize, auch waren die Frösche in der Lage, zu schwimmen und sich ähnlich wie ein normales Tier zu bewegen, schreibt eine Forschungsgruppe um die Neurowissenschaftlerin Nirosha Murugan im Fachblatt „Science Advances“. „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 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.

© Kitty Kleist-Heinrich

Für Maximina Yun, Forschungsgruppenleiterin am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD), stellt die Studie einen Fortschritt für den gesamten Forschungsbereich dar. Angesichts der fehlendenden 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.

Einsatz beim Menschen unwahrscheinlich

Ob ein solcher Medikamentencocktail auch beim Menschen wirken kann, ist fraglich. Es müsse berücksichtigt werden, dass die Regenerationsfähigkeit erwachsener Krallenfrösche zwar minimiert sei, die Tiere aber natürlicherweise immer noch zu einem gewissen Grad in der Lage seien, verlorene Gliedmaßen zu ersetzen: Anders als beim Menschen wächst ihnen immerhin ein kleiner Sporn, wenn sie ein Bein verlieren. 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 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.

Biologin Yun gibt 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. Alice Lanzke (dpa)

Alice Lanzke