Schwerpunkt der Forschungsarbeit
Unser Labor beschäftigt sich mit der Frage, wie der mexikanische Salamander (Axolotl) komplexe Gewebe wie die Gliedmaßen, oder auch Organe wie die Bauchspeicheldrüse regenerieren kann. Beispielsweise konnte gezeigt werden, dass zur Regeneration von Gliedmaßen die Beteiligung von Stamm- oder Vorläuferzellen, aber auch die Umprogrammierung von bereits ausgereiften Zellen erforderlich ist. Allerdings gibt es auch Zellen, die nicht an der Regeneration beteiligt sind, was die Vielfalt der zellulären Mechanismen verdeutlicht, die der Organismus einsetzt, um verlorenes Gewebe wiederherzustellen. Wichtigstes Ziel unserer Arbeit ist es, zu verstehen, wie die einzelnen Gewebe auf eine Verletzung reagieren, um so deren Zusammenspiel besser nachvollziehen zu können. Die fein abgestimmte Koordination der einzelnen Geweberegenerationsprozesse sowie die Interaktion mit anderen Gewebetypen könnte, unseres Verständnisses nach, der Schlüssel für eine erfolgreiche Regeneration und die Bildung neuer Organe bzw. zellulärer Strukturen sein.
Abbildung 1. Immunohistochemie der Axolotl-Bauchspeicheldrüse im Larvenstadium (2,5 und 7 Monate) sowie im Erwachsenenstadium (10 und 32 Monate).
Ein anderer Aspekt, den wir untersuchen, ist, wie der Organismus auf den hohen Energiebedarf reagiert, der für die Regeneration ganzer Gliedmaßen erforderlich ist. Wir konnten zeigen, dass die Stoffwechselorgane darauf reagieren, indem sie die Menge der gespeicherten, aber auch der im Kreislauf befindlichen Lipide anpassen. Mit unserer Arbeit wollen wir verstehen, wie die lokale Umgebung des verletzten Gewebes systemische Signale vermittelt, die den Stoffwechsel so verändern, dass die Regeneration gewährleistet ist.
Forschungsansatz
Axolotl verfügen über eine enorme Regenerationsfähigkeit während ihrer gesamten Lebensspanne, was sie für die Wissenschaft sehr interessant macht. Da die Haut außerdem nicht pigmentiert ist, lassen sich die Zellen der Tiere in Echtzeit sichtbar machen. Wir untersuchen die dabei zugrunde liegenden Regenerationsmechanismen, indem wir genomische Werkzeuge, hochauflösende in vivo Bildgebung, Immunohistochemie und Verfahren einsetzen, die zum Beispiel auch den Nachweis spezifischer Moleküle im Blutkreislauf ermöglichen.
Abbildung 2. Schematische Darstellung möglicher Signalnetzwerke, die durch Verletzungen ausgelöst werden und sich auf weitere Organe auswirken.
Laufende Projekte
Wir untersuchen die Regeneration der Bauchspeicheldrüse beim Axolotl. In diesem Projekt wollen wir herausfinden, wie eine Kryoverletzung zelluläre Mechanismen auslöst, um endokrine Zellen zu ersetzen. Darüber hinaus entwickeln wir hier genetische Werkzeuge zur Ablation von Betazellen, die uns Vergleiche zwischen verschiedenen Spezies ermöglichen.
Wir untersuchen, wie der Organismus die energetischen Anforderungen des Regenerationsprozesses aufrechterhält; welche Signale an der Verletzungsstelle erzeugt werden und wie die Stoffwechselorgane reagieren, um die Homöostase aufrechtzuerhalten, während an der Regenerationsstelle ein schnelles Wachstum stattfindet.
Wir wollen verstehen, wie sich das Skelett regeneriert und wie der Umbau des vorhandenen Gewebes die Integration neu regenerierter Strukturen vorbereitet. Die funktionelle Integration des alten und des neuen Gewebes ist von entscheidender Bedeutung, und dennoch wissen wir nur wenig über die molekularen Mechanismen, die diesen Prozess steuern.
Abbildung 3. Umbau der Blutgefäße während der Zehenregeneration beim Axolotl (oben) im Vergleich zu intakten Zehen (unten). Die Alizarinrot-Färbung markiert das mineralisierte Skelett.
Zukünftige Ausrichtung
Unser langfristiges Ziel ist es, ein Verständnis für die Regeneration zu entwickeln und zu verstehen, wie die molekularen und zellulären Bausteine zusammenkommen, um die Bildung von neuem Gewebe zu koordinieren. Dieses Verständnis wird es uns erleichtern, unsere Entdeckungen aus dem Axolotl in praktikable Therapeutika für Säugetiere zu überführen, die sich dann langfristig auf die menschliche Regeneration auswirken können.