Mechanische Grundlagen der Wirbelsäulenregeneration

Das Rückgrat oder die Wirbelsäule ist eine segmentierte Struktur, die zentrale Funktionen für Bewegung und Stütze von Wirbeltieren erfüllt. Während der Embryonalentwicklung wird die Bildung von Wirbeln durch einen hochkonservierter Prozess, der Somitogenese, diktiert. Dieser Entwicklungsprozess ist bei Wirbeltierarten von Fischen bis zu Säugetieren grundsätzlich ähnlich. Neue Forschungsergebnisse legen jedoch nahe, dass die Bildung von Wirbeln nicht immer von der Somitogenese abhängig ist, insbesondere während der Regeneration. Dies deutet darauf hin, dass alternative Mechanismen die Segmentierung der Wirbelsäule vorantreiben, unabhängig von der Somitogenese. Der Axolotl, eine Salamanderart mit bemerkenswerter Regenerationsfähigkeit, bietet ein einzigartiges Modell, um diese alternativen Mechanismen zu untersuchen. Im Gegensatz zu den meisten anderen Wirbeltieren können Axolotl komplexe Körperteile, wie Schwanz und Gliedmaßen, während ihrer gesamten Lebensdauer regenerieren. Axolotl sind sogar in der Lage, segmentierte Wirbel nach einem Verlust des Schwanzes oder einer lokalen Verletzung der Wirbelsäule zu regenerieren. Diese außergewöhnliche Fähigkeit macht den Axolotl zu einem idealen Modell um zu verstehen, wie Wirbel gebildet und strukturiert werden können, ohne sich auf den embryonalen Prozess der Somitogenese zu verlassen. Wir nehmen an, dass mechanische Kräfte und die Art und Weise, wie Zellen diese Kräfte wahrnehmen und darauf reagieren (die sogenannte Mechanosensation), eine zentrale Rolle in diesem Regenerationsprozess spielen. In unserem Projekt werden wir den Prozess der Wirbelmusterung während der Axolotl-Regeneration untersuchen von den molekularen Grundlagen der Genexpression bis hin zu den physikalischen Materialeigenschaften. Gleichzeitig analysieren wir, wie Veränderungen der Mechano-Sensation oder der Materialeigenschaften die Regeneration beeinflussen. Dieses Forschungsprojekt hat das Potenzial, unser Verständnis der Evolution von Körperbauplänen und regenerativen Mechanismen grundlegend zu verändern. Langfristig könnten die Erkenntnisse zur Entwicklung innovativer Therapieansätze für die Behandlung von Wirbelsäulendegeneration und -schäden beitragen.