Regeneration (Physiologie)

Grundbegriff und Bedeutung [Abschnitt: mehrere]

Regeneration bezeichnet die Fähigkeit eines Organismus, verlorene Körperteile zu ersetzen. Sie ist bei Pflanzen und vielen wirbellosen Tieren verbreitet, etwa bei verschiedenen Nesseltieren, Ascidien und Plattwürmern. Die meisten Wirbeltiere können Organe und Gewebe dagegen nicht mehr regenerieren. Ausnahmen bilden unter anderem einige Amphibien und Fische: Molche, Axolotl und Zebrafische können teilweise verlorene Gliedmaßen, Augen oder Teile innerer Organe neu bilden. Auch manche Reptilien, beispielsweise Eidechsen, können ihren Schwanz an einer Sollbruchstelle durch Muskelkontraktion abwerfen und anschließend in reduzierter Form nachwachsen lassen.

Bei Gliederfüßern ist die teilweise Erneuerung verlorener Körperteile bei der nächsten Häutung weit verbreitet. Mit jeder weiteren Häutung wird gewöhnlich ein größerer Teil ersetzt, sodass ein Körperteil nach genügend vielen Häutungen vollständig regeneriert sein kann. Bei einigen Gruppen, besonders bei Insekten, ist die Zahl der Häutungen jedoch begrenzt. Nach der letzten, häufig als Imaginalhäutung bezeichneten Häutung ist daher keine weitere Regeneration möglich.

Typen der Regeneration [Abschnitt: Typen von Regeneration]

• Bei der Epimorphose werden die verlorenen Teile durch Zellproliferation, also die Vermehrung von Zellen, vollständig neu gebildet. Molche und Seesterne sind Beispiele für diesen Regenerationstyp.

• Bei der Morphallaxis entstehen die verlorenen Teile durch eine Umordnung bereits vorhandener Zellen. Es werden dabei keine neuen Zellen gebildet. Der Süßwasserpolyp Hydra vulgaris gilt als klassisches Beispiel.

• Die Regeneration durch Induktion ist ein weitgehend experimenteller Ansatz, der auf die späten 1930er Jahre zurückgeht. Dabei wird eine gewebespezifische Regeneration durch die Anwendung von Geweben oder Materialien mit bestimmten induktiven Eigenschaften ausgelöst. Genannt werden fein gemahlene Knochen und Trypanblau.

Bei Säugetieren spielt neben der Regeneration auch die Hypertrophie eine wichtige Rolle bei der Wiederherstellung, besonders von parenchymatösen inneren Organen. Parenchymatöse Organe bestehen überwiegend aus funktionell tätigem Gewebe. Bei der Hypertrophie nimmt vor allem die funktionale Masse durch Vergrößerung der einzelnen Zellen zu; die ursprüngliche äußere Form des Organs wird weniger entscheidend wiederhergestellt. Hypertrophie tritt nicht nur nach einer Beschädigung oder teilweisen Entfernung eines Organs auf, sondern auch bei einer erhöhten funktionellen Beanspruchung.

Zelluläre Mechanismen und Forschungsstand [Abschnitt: Mechanismus]

Wie ganze Gliedmaßen, Organe oder sogar Teile des Gehirns regeneriert werden können, ist Gegenstand intensiver Forschung. Der Axolotl, ein mexikanischer Salamander, und der Zebrafisch sind wegen ihrer besonders weitreichenden Regenerationsfähigkeit wichtige Studienobjekte. Die biologische Erforschung solcher Vorgänge trug zu Beginn des 20. Jahrhunderts außerdem zur Entwicklung der Wiederherstellungs- und Transplantationschirurgie bei.

Früher nahm man an, dass sich nach einer Verletzung zunächst umliegende Zellen vollständig zu pluripotenten Stammzellen zurückentwickeln. Pluripotente Stammzellen, auch „Alleskönner-Zellen“ genannt, können sich in viele verschiedene Zelltypen entwickeln. Aus ihnen sollten anschließend sämtliche neuen Zellen des regenerierten Körperteils entstehen.

Neuere Forschungsergebnisse zeigen dagegen, dass neue Gliedmaßen und Organe aus gewebespezifischen Vorläuferzellen entstehen. Solche Vorläuferzellen, englisch progenitor cells, können sich jeweils nur in bestimmte Gewebetypen weiterentwickeln und besitzen daher ein begrenztes Potenzial zur Rückentwicklung. Für die Regeneration ist demnach keine vollständige Dedifferenzierung erforderlich, also keine vollständige Rückkehr der Zellen in ein pluripotentes Entwicklungsstadium. Nach Ansicht der beteiligten Forscher ist diese Erkenntnis für die regenerative Medizin bedeutsam.

Außerdem ist die Anwesenheit von Makrophagen notwendig. Makrophagen sind Zellen des Immunsystems, die am Regenerationsprozess beteiligt sind. Im Gehirn von Zebrafischen ist die Regeneration von neuralem Gewebe nach einer Verletzung besonders ausgeprägt. Signale des Immunsystems sind dort notwendig und zugleich hinreichend, um die Regeneration auszulösen.