Hornhautregeneration: Reife Zellen können wieder zu Stammzellen werden

Forschende des Technion (Israel) haben herausgefunden, dass reife, gealterte Zellen die Fähigkeit behalten sich wieder in aktive Stammzellen umzuwandeln.

Die im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlichte Entdeckung stellt die vorherrschende Ansicht in Frage, dass der Verlust von Stammzellen in einem Gewebe ein irreversibler Prozess ist, der unweigerlich zum Zusammenbruch des Gewebes und zu Krankheiten führt. Nach dieser Vorstellung erfordert eine signifikante Regeneration von geschädigtem Gewebe die Transplantation externer Zellen. Die Forscher des Technion zeigen, dass dies nicht ganz zutreffend ist. Sie haben herausgefunden, dass der Körper selbst einen internen „Reprogrammierungsmechanismus“ zur Reparatur aktivieren kann.

Regeneration der Hornhaut auch nach Zerstörung der Stammzellen

In der von Prof. Ruby Shalom-Feuerstein und Dr. Shalini Dimri-Wagh von der Ruth-und-Bruce-Rappaport-Fakultät für Medizin durchgeführten Studie nutzten die Forscher ein innovatives System. Dieses ermöglichte es ihnen, Stammzellen in der transparenten Hornhaut mit verschiedenen Fluoreszenzfarben zu markieren und ihre Aktivität in lebenden Mäusen zu verfolgen. Das System ermöglichte es ihnen zudem, die Stammzellen zu entfernen und die Regenerationsfähigkeit des Gewebes zu untersuchen. „Wir waren überrascht, als wir feststellten, dass sich die Hornhaut selbst nach der Zerstörung aller ihrer Stammzellen regenerieren kann“, erzählte Shalom-Feuerstein.

„Noch überraschender ist der Reparaturprozess selbst. Nach einer Verletzung durchlaufen sogar reife, gealterte Zellen eine Reprogrammierung und werden zu Stammzellen. Diese funktionieren ein Leben lang und verhindern die Entstehung von Krankheiten. Mit anderen Worten: Der Körper verfügt über die bemerkenswerte Fähigkeit, sein eigenes Stammzellreservoir wieder aufzufüllen – eine Fähigkeit, die normalerweise nur einfachen Organismen zugeschrieben wird, die beispielsweise amputierte Gliedmaßen nachwachsen lassen können. Zwar ging die Fähigkeit zur Regeneration ganzer Organe bei komplexen Organismen wie dem Menschen tatsächlich verloren. Doch unsere Studie zeigt, dass ein Teil dieser Fähigkeit erhalten geblieben ist. Das bedeutet, dass wir uns eines Tages, anstatt uns ausschließlich auf Transplantationen oder externe Eingriffe zu verlassen, möglicherweise in der Lage sein werden, natürliche Mechanismen zu aktivieren, die bereits im Körper vorhanden sind, und sie für die Heilung zu nutzen.“

Reprogrammierungsprozess ist nicht vorübergehend – Makrophagen spielen zentrale Rolle bei Aktivierung der Regeneration

Die Forscher stellten zudem fest, dass der Reprogrammierungsprozess nicht nur vorübergehend ist. Die neu gebildeten Zellen fungieren über sehr lange Zeiträume als Stammzellen und ermöglichen eine dauerhafte Gewebereparatur. Sie identifizierten darüber hinaus eine Schlüsselkomponente, die den Prozess vorantreibt: Zellen des Immunsystems, insbesondere Makrophagen, spielen eine zusätzliche und zentrale Rolle bei der Aktivierung der Regeneration. Durch die Ausschüttung von Signalmolekülen lösen sie die Verjüngung gealterter Zellen und deren Umwandlung in Stammzellen aus.

Die potenziellen Auswirkungen könnten weitreichend sein. Das Verständnis dieses Mechanismus könnte zu Therapien führen, welche die natürliche Fähigkeit des Körpers zur Gewebeheilung nach Verletzungen oder Erkrankungen fördern. Vielleicht könnten sie sogar Transplantationen künftig überflüssig machen. In Geweben wie der Hornhaut, wo eine Schädigung der Stammzellen zu schweren Sehbeeinträchtigungen und sogar zur Erblindung führen kann, könnte dies von großer klinischer Bedeutung sein.

Die Forscher betonen, dass die Studie in erster Linie an Mäusen durchgeführt wurde. Aber auch in menschlichen Hornhautzellen konnten sie vielversprechende Ergebnisse erzielen. Die Wissenschaftler untersuchen nun, ob dieser Mechanismus auch beim Menschen existiert und dort angewendet werden kann.

„Dies ist ein erster Schritt zum Verständnis eines natürlichen Prozesses, der uns bisher unbekannt war“, fügte Shalom-Feuerstein hinzu. „Die nächste Herausforderung besteht darin, zu lernen, wie man ihn steuern und für die regenerative Medizin nutzen kann.“

(sas/BIERMANN)