Heilung großer Knochenbrüche mit Beinregenerationsfaktoren

Im Rahmen ihres Postdoktoranden-Forschungsprojekts "Weiche Bindegewebszellen bei der Axolotl-Knochenheilung" versucht Anastasia Polikarpova Zellen und Moleküle zu identifizieren, welche die Regeneration bei verzögerter Knochenbruchheilung fördern können. Knochenbrüche sind ein zunehmendes medizinisches Problem in einer alternden Gesellschaft. Obwohl die meisten Frakturen innerhalb von Monaten heilen, stellen sogenannte Defekte Kritischer Größe (critical size defects, CSDs) - gekennzeichnet durch den Verlust eines größeren Volumens an Knochengewebe - eine ernsthafte Herausforderung dar, für die es keine wirksame Behandlung gibt. Um zu verstehen, welche Faktoren für die Knochenheilung wichtig sind, wird Polikarpova das Wissen aus dem mexikanischen Salamander Axolotl nutzen. Wie Säugetiere können Axolotl CSDs nicht heilen; sie haben jedoch die Fähigkeit, eine amputierte Extremität vollständig zu regenerieren, einschließlich verlorener Knochen. Zellen des weichen Bindegewebes (Haut, Muskel, Sehnen) leisten einen wesentlichen Beitrag zur Knochenbildung in der regenerierten Extremität. Im Rahmen des Projekts soll untersucht werden, ob diese Zellen in der Lage sind, in die Knochenbruchregion einzuwandern, und wie diese Zellen im Prozess der Heilung großer Knochenbrüche aktiviert werden könnten.

Axolotls, mit wissenschaftlichem Namen Ambystoma mexicanum, sind faszinierende Lebewesen mit unglaublichen Regenerationsfähigkeiten. Trotz der bemerkenswerten Fähigkeit, ganze Gliedmaßen mit vollständig ausgebildeten Knochen nachwachsen zu lassen, haben sie Schwierigkeiten, große Knochenbrüche zu regenerieren. Um dies besser zu verstehen, führte Dr. Polikarpova eine Studie anhand eines Modells namens "kritischer Größen-Defekt" (critical size defect, CSD) durch, der typischerweise nicht von selbst heilt. Im Projekt "Heilung großer Knochenbrüche mit Hilfe von Regenerationsfaktoren der Gliedmaßen" konzentrierte sich Dr. Polikarpova darauf, die Gene zu untersuchen, die in verschiedenen Zelltypen aktiv sind, welche an der Knochenheilung beteiligt sind. Indem sie Bindegewebszellen aus der nachwachsenden Gliedmaße (Blastema), aus kleinen Frakturen und aus dem nicht heilenden CSD verglich, hoffte sie, Hinweise zur Verbesserung der CSD-Heilung zu finden. Dr. Polikarpova stellte fest, dass Gene, die mit Wachstum und Entwicklung zusammenhängen, in dem regenerierenden Blastemagewebe sehr aktiv waren. Bemerkenswerterweise fehlten diese Faktoren im CSD oder waren weniger aktiv, was erklären könnte, warum er nicht gut heilt. Sie untersuchte auch einzelne Zellen mit modernsten Techniken und stellte fest, dass sich Zellen im CSD nicht so effektiv verwandelten und vermehrten wie die im Blastema. Um die Knochenheilung im CSD anzustoßen, fügte sie versuchsweise Blastema-spezifische Proteine direkt an der Bruchstelle zu. Dies führte jedoch nicht zu einer signifikanten Heilung. Anschließend verwendete sie ein Virus, um diese Proteine direkt in den CSD einzubringen, in der Hoffnung auf ein besseres Ergebnis. Obwohl dies einige Marker erhöhte, die mit der Heilung zusammenhängen, reichte es nicht aus, um den Knochen vollständig zu reparieren. Das Forschungsteam erwägt nun andere Faktoren, die für die Knochenheilung entscheidend sein könnten. Sie fanden heraus, dass bestimmte Signalwege in den frühen Regenerationsstadien wichtig sind. Diese Wege sind in der regenerierenden Gliedmaße aktiv, jedoch weniger im CSD. Durch ein besseres Verständnis dieser Wege wollen sie neue Möglichkeiten finden, um die Knochenregeneration bei schwierigen Brüchen zu aktivieren. Diese Studie beleuchtet den komplexen Prozess der Knochenregeneration bei Axolotls. Sie verdeutlicht auch die Ähnlichkeiten zwischen der Knochenheilung bei Axolotls und anderen Tieren wie Mäusen. Dr. Polikarpova plant, ihre Ergebnisse in wissenschaftlichen Zeitschriften und auf Konferenzen zu veröffentlichen. Das Forschungsteam wird seine Daten der Wissenschaft für weitere Forschung im Bereich der Regeneration zur Verfügung stellen. Zusammenfassend bleibt die Heilung großer Knochenbrüche für Axolotls - trotz ihrer erstaunlichen Regenerationsfähigkeit - eine Herausforderung. Dieses Forschungsprojekt liefert wertvolle Einblicke in die genetischen und zellulären Prozesse, die daran beteiligt sind. Durch ein besseres Verständnis dieser Prozesse sollen neue Behandlungsansätze möglich werden, um schwierige Brüche zu heilen - nicht nur bei Axolotls, sondern möglicherweise auch beim Menschen.