Van volwassen kikkers is voor het eerst aangetoond dat ze geamputeerde poten opnieuw laten groeien, wat een doorbraak betekent voor de regeneratie van organen.
Wedergeboorte betekent het opnieuw laten groeien van een beschadigd of ontbrekend deel van een orgel uit restweefsel. Volwassen mensen kunnen met succes sommige organen regenereren, zoals de lever en vooral de huid, die regelmatig wordt vernieuwd en gerepareerd, maar helaas zijn menselijke weefsels van de meeste organen hebben niet het vermogen om te regenereren. Het vakgebied van de regeneratieve geneeskunde heeft tot doel manieren te vinden om de regeneratie van weefsels in ons lichaam opnieuw op gang te brengen. De ideale oplossing zou zijn om belangrijke trajecten in gang te zetten die een weefsel, bijvoorbeeld een ledemaat, vanuit zijn eigen cellen kunnen herstellen. Dit is echter geen eenvoudig geval omdat wetenschappers nog steeds proberen de nuances van weefselregeneratie te begrijpen.
In een studie gepubliceerd in Cell Reportswilden wetenschappers van de Tuft University USA inzicht krijgen in de capaciteit van weefselregeneratie en hoe cellen samenwerken en een driedimensionaal geheel vormen orgel. Ze kozen ervoor om de weefselgroei te reproduceren in een dier dat normaal gesproken niet regenereert, en ze kozen voor een amfibie – volwassen Afrikaanse klauwkikker (Xenopus laevis) – een veelgebruikt proefdier in onderzoek. Amfibieën hebben een zeer beperkte capaciteit voor weefselvernieuwing, vergelijkbaar met mensen. Wetenschappers hebben met succes een apparaat ontworpen dat de weefselgeneratie op de amputatieplaats opnieuw activeert en het mogelijk maakt een achterbeen gedeeltelijk te regenereren bij een volwassen Xenopus-kikker.
Geamputeerde ledematen opnieuw laten groeien
Eerst werd een draagbare bioreactor in 3D geprint in silicium en gevuld met hydrogel. Vervolgens werden hydraterende zijde-eiwitten op dit hydrogelpolymeer geplaatst, waarvan bekend is dat ze genezing en regeneratie bevorderen. Het hormoon progesteron - een neurosteroïde - werd toegevoegd, waarvan algemeen bekend is dat het betrokken is bij menstruatie, zwangerschap en borstvoeding. Progesteron is ook betrokken bij het bevorderen van het herstel van zenuwbloedvaten en ander weefsel. De kikkers werden verdeeld in experimentele, controle- en schijngroepen. In controle- en schijngroepen werd het bioreactorapparaat onmiddellijk na de amputatie van de ledematen in de kikkers gehecht. In de experimentele groep werd progesteron door de bioreactor afgegeven op de amputatieplaats. De apparaten werden na 24 uur verwijderd. De kikkers werden vervolgens enkele maanden routinematig geobserveerd. Kikkers in controle en schijngroepen ontwikkelden een dunne, kraakbeenachtige piek op de amputatieplaats, wat normaal is wanneer weefselregeneratie zonder hulp vordert. Alleen bij kikkers van de experimentele groep werd gezien dat het bioreactorapparaat een grotere regeneratie van ledematen veroorzaakte en dat kikkers een meer gestructureerd peddelvormig aanhangsel dicht bij een bijna volledig gevormd ledemaat opnieuw aangroeiden. Dit was indicatief voor een ondersteunde weefselregeneratie. Het zichtbare verschil was binnen enkele weken zelf merkbaar, wat suggereert dat het bioreactor-apparaat een ondersteunende omgeving rond de creëerde wond om weefsel te laten groeien - vergelijkbaar met hoe weefsels zouden groeien in een embryo in de baarmoeder. Slechts een korte afgifte van progesteron uit de bioreactor (die slechts gedurende 24 uur was geplaatst) had in de loop van enkele maanden de groei van zacht weefsel en bot veroorzaakt. Bij histologische analyse en moleculaire inspectie van de geregenereerde structuren werd onthuld dat deze ledematen dikker waren en meer ontwikkelde botten, innervatie en vascularisatie hadden. De met progesteron behandelde dieren waren ook actiever dan controle- en schijngroepen.
De groei van ledematen stopte na ongeveer zes maanden, maar het leidde wel tot onder typische groei van vingers en tenen. De opnieuw gegroeide ledematen hadden een goed botvolume en een goede botdichtheid, de belangrijkste bloedvaten, goed geplaatste zenuwen en deze kikkers konden zelfs zwemmen zoals normale niet-geamputeerde kikkers zouden doen met hun inheemse ledematen. RNA-sequencing en transcriptoomanalyse toonden aan dat genexpressie in de cellen op de amputatieplaats werd gewijzigd door de bioreactor. Dus genen gerelateerd aan oxidatieve stress en activiteit van witte bloedcellen waren actief (opgereguleerd) en sommige anderen waren neerwaarts gereguleerd. De littekenvorming en immuunrespons werden ook verminderd, waardoor de regeneratie kon plaatsvinden door de natuurlijke reactie van het lichaam op letsel te verzwakken, wat anders het regeneratieproces zou hebben belemmerd.
toekomst
Deze studie is gebaseerd op de logica van het definiëren van een kickstart- of triggerprogramma dat zou leiden tot groei op lange termijn. Het kan worden genoemd als een nieuw model van celstimulatie. Eerdere studies hebben aangetoond dat muizen onder normale omstandigheden geamputeerde vingertoppen gedeeltelijk kunnen regenereren, maar omdat ze niet in het water leven en er geen water is om ze te beschermen, dus in tegenstelling tot amfibieën was het proces bij muizen niet efficiënt omdat gevoelige geregenereerde cellen opnieuw werden onderworpen aan harde oppervlakken en opnieuw. De regeneratiebenadering bij gewervelde dieren zou toepasbaar moeten zijn op zoogdieren en op het menselijk lichaam en misschien kunnen we in de toekomst complexe organen regenereren die kunnen worden gebruikt voor orgaantransplantatie of andere soorten verwondingen, misschien zelfs kanker.
***
Bron (nen)
Herrera-Rincon C et al. 2018. Korte lokale toepassing van progesteron via een draagbare bioreactor induceert langdurige regeneratieve respons bij volwassen Xenopus-achterbeen. Cell Reports. 25 (6). https://doi.org/10.1016/j.celrep.2018.10.010
***
