Onderzoekers nemen aanwijzingen van de koelbloedige salamander om erachter te komen hoe mensen ledematen opnieuw kunnen laten groeien. Zie meer amfibieën foto's. Amerikaanse militaire bepantsering is beter dan ooit ontworpen om soldaten op het slagveld te beschermen tegen sneuvelen. Hoewel dat het aantal Amerikaanse soldatendoden in de oorlogen in Irak en Afghanistan drastisch heeft verlaagd, keren duizenden soldaten terug naar de Verenigde Staten met ernstige brandwonden, ontbrekende ledematen en andere slopende verwondingen. Om de behandelingsopties voor de veteranen te verbeteren, heeft het Pentagon onlangs zijn plan aangekondigd om $ 250 miljoen te besteden aan onderzoek naar het regenereren van de menselijke huid, oren en spieren voor gewonde soldaten [bron:Reuters]. Een deel van die financiering zal ook het Armed Forces Institute of Regenerative Medicine oprichten dat zich onder andere zal richten op de regeneratie van menselijke ledematen.
Regeneratie van ledematen betekent niet dat je armen en benen in reageerbuizen moet laten groeien; in plaats daarvan betekent het dat een persoon daadwerkelijk een ledemaat zou teruggroeien. Wetenschappelijk bewijs geeft aan dat mensen het potentieel hebben voor regeneratie van ledematen in onze genen, maar die genen sluimeren in ons lichaam [bron:Kotulak]. Menselijke embryo's kunnen bijvoorbeeld ledematen in de baarmoeder laten groeien [bron:Muneoka, Han en Gardiner]. En een man in Cincinnati, Ohio, liet een vingertop opnieuw groeien nadat hij hem in 2005 per ongeluk had afgesneden. Maar als je een hele ledemaat verliest, reageert het lichaam door die wond te bedekken met dik littekenweefsel om infectie te voorkomen.
Om erachter te komen hoe we dat genetische potentieel voor regeneratie van ledematen opnieuw kunnen aanwakkeren, beginnen onderzoekers klein - met muizen. Maar ze hoeven niet helemaal opnieuw te werken om op te sporen hoe een organisme iets kan laten teruggroeien. Ze kijken naar de salamander als hun model.
Salamanders maken deel uit van de amfibieënfamilie, waarvan de leden koelbloedig zijn en een extra huidbedekking van veren of pels hebben. Verschillende soorten salamanders zijn terrestrische of aquatische en zijn de enige amfibieën met staarten. Als ze die kostbare staart verliezen, kunnen salamanders hem terug laten groeien. Het zijn dieren van de hoogste orde die in staat zijn lichaamsdelen te regenereren, inclusief hun staarten, boven- en onderkaken, ogen en harten.
Hoe voert dit relatief eenvoudige wezen een anatomische goocheltruc in sciencefictionstijl uit?
Salamanders laten lichaamsdelen uit fibroblasten teruggroeien. Als een salamander in een gevecht raakt, kan hij zijn staart aan de vijand overgeven als verdedigingsmechanisme. Over een paar weken kan er immers een nieuwe groeien. Dit is een behoorlijk complex proces, maar in een notendop, regeneratie houdt in dat je rond de cellen op de wondplaats schuift en ze een nieuwe specialisatie toewijst.
Binnen de eerste uren nadat een lichaamsdeel is verwijderd, migreren de epidermale cellen van de salamander in het gebied om het open vlees te bedekken. Die laag cellen wordt de volgende dagen geleidelijk dikker en vormt de apicale epitheliale kap [bron:Muneoka, Han en Gardiner]. Cellen in de weefsels van de salamander, fibroblasten genaamd, komen ook samen onder die epidermale bedekking. Fibroblasten zijn ongedifferentieerd, wat betekent dat ze vrij zijn om meerdere soorten cellen te worden, afhankelijk van welk lichaamsdeel moet worden vervangen.
Na die beginfase ontwikkelt het blastema zich uit de massa fibroblasten; de blastema zal uiteindelijk het vervangende lichaamsdeel worden. Onderzoekers hebben onlangs ontdekt dat de expressie van een eiwit genaamd nAG de groei van blastema op gang brengt [bron:Kumar et al]. Het blastema lijkt op een massa menselijke stamcellen, omdat het de potentie heeft om uit te groeien tot verschillende ledematen, organen en weefsels. Maar hoe weet het lichaam van de salamander wat aan vervanging toe is? De genetische codering in het blastema bevat een positioneel geheugen over de locatie en het type ontbrekend lichaamsdeel. Die gegevens worden opgeslagen in de Hox-genen in de fibroblastcellen [bron:Muneoka, Han en Gardiner].
Terwijl dit gebeurt, regenereren haarvaten en bloedvaten in het blastema. Terwijl de blastemacellen zich delen en vermenigvuldigen, wordt de resulterende massa een knop van ongedifferentieerde cellen. Om ervoor te zorgen dat die heuvel een volwaardige ledemaat, staart of ander lichaamsdeel wordt, moet deze worden gestimuleerd door zenuwen [bron:Kumar et al]. Wanneer salamanders echter hun staart laten vallen, verliezen ze niet alleen vlees, maar ook zenuwen. Dat betekent dat de regeneratie van zenuwaxonen plaatsvindt op de plaats van de wond in combinatie met weefsel-, bot- en spierregeneratie.
Van daaruit differentiëren de cellen en creëren ze het juiste lichaamsdeel. Als onderdeel van dat positionele geheugen in de fibroblastcellen, weet het blastema in de juiste volgorde te groeien om gebrekkige regeneratie te voorkomen. Als een salamander bijvoorbeeld een voet aan zijn enkel verliest, zal het blastema zich naar buiten ontwikkelen om een voet te vormen in plaats van een heel been.
Met de salamander als blauwdruk hopen wetenschappers ooit blastema's van menselijke cellen te maken. Tot die tijd zijn onze amfibische vrienden nog steeds de regerende vernieuwers van het dierenrijk.
Bronnen
