Dieser Artikel gehört zur Rubrik The Conversation Júnior, in der Experten aus renommierten Universitäten und Forschungszentren die Fragen neugieriger junger Menschen im Alter von 12 bis 16 Jahren beantworten. Fragen können an [email protected] gesendet werden.

Die Frage wurde von der 2. Klasse der Sekundarstufe des Instituts für Sekundarbildung Miguel de Unamuno in Gasteiz (Álava) formuliert.

Jeden Tag sterben Millionen von Zellen in Ihrem Körper. Doch das ist kein Grund zur Sorge, denn es ist Teil des normalen biologischen Zyklus: Der Prozess, den wir Regeneration nennen, gewährleistet eine kontinuierliche Versorgung mit Ersatz-Zellen, um alle Gewebe und Organe in optimalem Zustand zu halten. Zudem eilt dieser Mechanismus zur Hilfe, wenn ein Gewebe durch eine Wunde, Krankheit oder Verletzung beeinträchtigt wird, um die Schäden „zu reparieren“.

Obwohl es einfach klingt, ist es tatsächlich extrem komplex.

Zwei Formen der Regeneration

Wenn ein Gewebe durch neue, identische Zellen ersetzt wird, sprechen wir von Regeneration, die auf zwei Arten erfolgen kann:

• Durch die Teilung via Mitose und Cytokinese differenzierter Zellen – das sind spezialisierte Zellen, wie zum Beispiel Leberzellen – die alte oder beschädigte Zellen ersetzen.
• Durch die Aktivität von adulten Stammzellen, einer Art „Alleskönner“-Zellen, die nicht vollständig spezialisiert sind und die Fähigkeit zur Teilung während des gesamten Lebens des Organismus beibehalten. Während einige ihrer „Tochterzellen“ zu verschiedenen Zelltypen werden, widmen sich andere der Selbstvermehrung.

Was geschieht jedoch, wenn ein Gewebe sich nicht vollständig regenerieren kann? Dann bildet der Körper eine Narbe, die hauptsächlich aus Kollagenfasern besteht, dem häufigsten Protein im Organismus. Dies geschieht, wenn die Verletzung zu groß ist oder das Gewebe eine begrenzte regenerative Fähigkeit besitzt. Die Narbe schließt und schützt den beschädigten Bereich, obwohl die ursprüngliche Struktur nicht vollständig wiederhergestellt wird.

Jedes Organ auf seine Art

Verschiedene Organe und Gewebe im menschlichen Körper haben die Fähigkeit zur Regeneration, jedoch unterscheiden sie sich in Geschwindigkeit und Effektivität, je nachdem, ob ihre differenzierten Zellen sich teilen können, von Stammzellen abhängig sind oder eine Kombination beider Strategien verwenden.

Beispielsweise haben Leberzellen die Fähigkeit, sich selbst zu verdoppeln. Dadurch kann dieses Organ vollständig erneuert werden, selbst wenn bis zu zwei Drittel seiner Masse entfernt werden! Ähnliche Vorgänge erfolgen im Pankreas, wo die Population von insulinproduzierenden Zellen (des Hormons, das unseren Blutzuckerspiegel reguliert) durch einfache Teilung erweitert und erneuert werden kann.

In anderen Geweben hängt die Selbstregenerationsfähigkeit von der Präsenz von adulten Stammzellen ab, die sich vermehren und differenzieren. So wird die äußere Schicht der Haut, die Epidermis, etwa alle Monate erneuert, dank Stammzellen, die sich in der tiefsten Schicht befinden. Ihre Nachkommen steigen zur Oberfläche auf, differenzieren sich auf dem Weg nach oben und ermöglichen eine schnelle Heilung von Wunden, ohne Spuren zu hinterlassen.

Ein interessanter Fall sind die Nase, das Ohr und das Auge, komplexe Organe, in denen die Sinneszellen dafür verantwortlich sind, Signale von außen zu empfangen und an das Nervensystem weiterzuleiten, jedoch nicht über regenerierende Fähigkeiten verfügen.

So überleben die olfaktorischen Sinneszellen, echte Neuronen, nur ein bis zwei Monate und werden kontinuierlich durch Stammzellen erneuert. Im Gegensatz dazu müssen die Haarzellen des Gehörs und die Fotorezeptorzellen der Augen ein Leben lang bestehen bleiben. Wenn sie durch eine Krankheit, den Kontakt mit giftigen Substanzen, übermäßigen Lärm oder beispielsweise durch einen fehlgeleiteten Laser zerstört werden, regenerieren sie sich nicht. Daher ist der Verlust von Gehör oder Sehkraft irreversibel.

Eine Stammzelle, die alle anderen hervorbringt

Das Blut ist ein weiteres interessantes Beispiel für die Regeneration, die von Stammzellen gesteuert wird. Tatsächlich stammen alle Arten von Blutkörperchen – Erythrozyten (rote Blutkörperchen), Lymphozyten, Granulozyten und Makrophagen – von einer einzigen gemeinsamen Stammzelle ab. Bei Erwachsenen sind diese Vorläuferzellen, die hämatopoetischen Zellen, hauptsächlich im roten Knochenmark lokalisiert. Zum Beispiel werden die roten Blutkörperchen alle 120 Tage ersetzt.

Das Epithel des Dünndarms spielt ebenfalls eine herausragende Rolle. Seine Stammzellen proliferieren und differenzieren sich in die vier vorhandenen Arten von Epithelzellen schneller als jedes andere Gewebe im Körper: Es ist in der Lage, das durch Säuren und Verdauungsenzyme geschädigte Epithel innerhalb weniger Tage zu regenerieren.

Obwohl lange Zeit geglaubt wurde, dass das zentrale Nervensystem erwachsener Säugetiere keine Stammzellen enthielt und eine sehr begrenzte Selbstheilungsfähigkeit hatte, wissen wir heute, dass Stammzellen existieren, die in der Lage sind, Neuronen und Gliazellen zu erzeugen. In bestimmten Regionen des Gehirns werden kontinuierlich neue Neuronen gebildet, die die sterbenden ersetzen.

Was geschieht in anderen Geweben und Organen?

Jetzt werden wir uns ansehen, wie die Regeneration des Muskels funktioniert, die ihre Eigenheiten hat. Jede Faser des Skelettmuskels (der es Ihnen ermöglicht, sich zu bewegen) besteht aus der Fusion vieler Zellen, einem sogenannten „Syncytium“. Während der Entwicklung vervielfältigen sich die Myoblasten – die Vorläuferzellen der Muskulatur – und fusionieren, um diese Fasern zu bilden. Und einmal gebildet, können sie sich nicht mehr teilen.

Was passiert, wenn der Muskel beschädigt wird? Dann kommt eine kleine Gruppe „schlafender“ Myoblasten ins Spiel: die Satellitenzellen. Wenn der Muskel verletzt wird, werden diese Zellen aktiviert, teilen sich wieder und fusionieren, um die beschädigten Fasern zu ersetzen. Ihre Anzahl ist jedoch begrenzt, was auch die regenerative Fähigkeit des Muskels bestimmt.

Eine Ausnahme von dieser Wiederherstellungskapazität ist der Herzmuskel, der keine Satellitenzellen besitzt. Daher regeneriert er sich nach einem Herzinfarkt nicht, sondern kann nur durch Bildung einer Narbe repariert werden.

Abschließend ist der Beitrag der Fibroblasten zu erwähnen. Wenn ein Gewebe verletzt wird, vervielfältigen sich diese Zellen, reisen zur Wunde und produzieren große Mengen an Kollagen, was zur Isolation und Reparatur des beschädigten Bereichs beiträgt. Sie sind sehr vielseitige Zellen mit einer unglaublichen Fähigkeit, sich in Chondrozyten (die Knorpel bilden), Osteozyten (Knochenbestandteile), Adipozyten (Fettzellen) und glatte Muskelzellen zu verwandeln. Wie genau sie das tun, ist jedoch noch nicht vollständig verstanden.

Regeneration: Die verborgene Kunst, mit der der Körper sich selbst wieder aufbaut

Obwohl alle Zellen dasselbe Genom teilen, können sie sehr unterschiedlich sein: Im menschlichen Körper gibt es mehr als 200 Zelltypen. Diese Zellen organisieren sich, um Gewebe und Organe zu bilden, die zusammen die Funktionen erfüllen, die uns am Leben erhalten.

Die Regeneration ist ein faszinierender biolohischer Prozess, der es den Organismen ermöglicht, zu heilen, sich zu erneuern und dem täglichen Verschleiß, den Verletzungen und Krankheiten standzuhalten. Das Verständnis dieser Mechanismen offenbart nicht nur die außergewöhnlichen Fähigkeiten des menschlichen Körpers, sondern öffnet auch die Tür zu neuen Methoden zur Reparatur, Heilung und Transformation unserer Gewebe.

Die Natur hat diese Regenerationskraft geschaffen, doch möglicherweise werden neue Entdeckungen uns in der Zukunft ermöglichen, sie noch mehr zu fördern.

Der Lehrstuhl für Wissenschaftskultur der Universität des Baskenlandes arbeitet in der Rubrik The Conversation Júnior zusammen.