Regeneration beim Menschen - Regeneration in humans

Regeneration beim Menschen ist das Nachwachsen verlorener Gewebe oder Organe als Reaktion auf eine Verletzung. Dies steht im Gegensatz zur Wundheilung oder teilweisen Regeneration, bei der die Verletzungsstelle mit einer gewissen Abstufung von Narbengewebe verschlossen wird. Einige Gewebe wie Haut, Samenleiter und große Organe, einschließlich der Leber, können leicht nachwachsen, während andere nach einer Verletzung wenig oder keine Regenerationsfähigkeit haben.

Zahlreiche Gewebe und Organe wurden zur Regeneration angeregt. Blasen werden seit 1999 im Labor in 3D gedruckt. Hautgewebe kann in vivo und in vitro regeneriert werden . Andere Organe und Körperteile, die zur Regeneration beschafft wurden, sind: Penis, Fette, Vagina, Gehirngewebe, Thymusdrüse und ein verkleinertes menschliches Herz. Laufende Forschung zielt darauf ab, eine vollständige Regeneration in mehr menschlichen Organen zu induzieren.

Es gibt verschiedene Techniken, die eine Regeneration induzieren können. Bis 2016 wurde die Geweberegeneration durch die Wissenschaft induziert und operationalisiert, indem vier Haupttechniken verwendet wurden: Regeneration durch Instrument; Regeneration durch Materialien; Regeneration durch Medikamente und Regeneration durch In-vitro- 3D-Druck.

Geschichte des menschlichen Gewebes

Bei Menschen mit nicht verletztem Gewebe wird das Gewebe im Laufe der Zeit auf natürliche Weise regeneriert; standardmäßig verfügen diese Gewebe über neue Zellen, um verbrauchte Zellen zu ersetzen. Zum Beispiel regeneriert der Körper innerhalb von 10 Jahren einen vollen Knochen, während sich nicht verletztes Hautgewebe innerhalb von zwei Wochen regeneriert. Bei verletztem Gewebe reagiert der Körper in der Regel anders – diese Notfallreaktion beinhaltet in der Regel den Aufbau eines Narbengewebes über einen längeren Zeitraum als eine regenerative Reaktion, wie klinisch und durch Beobachtungen nachgewiesen wurde. Es gibt noch viel mehr historische und differenzierte Erkenntnisse über Regenerationsprozesse. Bei Wunden mit voller Dicke unter 2 mm erfolgt die Regeneration im Allgemeinen vor der Narbenbildung. Im Jahr 2008 wurde bei Wunden mit voller Dicke über 3 mm festgestellt, dass eine Wunde ein Material benötigt, um eine vollständige Geweberegeneration zu induzieren.

Es gibt einige menschliche Organe und Gewebe, die sich als Folge einer Verletzung eher regenerieren als nur Narben. Dazu gehören die Leber, die Fingerkuppen und das Endometrium. Über den passiven Gewebeersatz im menschlichen Körper sowie die Mechanik von Stammzellen sind inzwischen mehr Informationen bekannt . Fortschritte in der Forschung haben die induzierte Regeneration von viel mehr Geweben und Organen ermöglicht, als bisher für möglich gehalten wurde. Ziel dieser Techniken ist es, diese Techniken in naher Zukunft zur Regeneration jeglicher Gewebetypen im menschlichen Körper einzusetzen.

Geschichte der Regenerationstechniken

Regenerieren eines menschlichen Ohrs mit einem Gerüst

Bis 2016 wurde die Regeneration durch vier Haupttechniken operationalisiert und eingeleitet: Regeneration durch Instrument; Regeneration durch Materialien; Regeneration durch 3D-Druck; und Regeneration durch Medikamente. Bis 2016 wurden die Regeneration durch Instrumente, die Regeneration durch Materialien und durch Regenerationsmedikamente allgemein in vivo (in lebenden Geweben) operationalisiert . Bis 2016 wurde die Regeneration durch 3D-Druck im Allgemeinen in vitro (im Labor) operationalisiert, um Gewebe für die Transplantation aufzubauen und vorzubereiten.

Regeneration per Instrument

Ein Schnitt mit einem Messer oder einem Skalpell hinterlässt im Allgemeinen Narben, ein Durchstechen mit einer Nadel jedoch nicht. 1976 wurde eine 3 x 3 cm große Narbe bei einem Nicht-Diabetiker durch Insulininjektionen regeneriert und die Forscher argumentierten unter Hervorhebung früherer Forschungen, dass das Insulin das Gewebe regeneriere. Die anekdotische Evidenz zeigte auch, dass eine Spritze eine von zwei Variablen war, die zur Regeneration der Armnarbe beitrugen. Die Spritze wurde 82 Tage lang dreimal täglich in die vier Quadranten injiziert. Nach zweiundachtzig Tagen, nach vielen aufeinanderfolgenden Injektionen, war die Narbe verschwunden und es wurde festgestellt, dass mit dem menschlichen Auge keine Narbe wahrnehmbar war. Nach sieben Monaten wurde der Bereich erneut kontrolliert und es wurde erneut festgestellt, dass keine Narbe zu sehen war.

1997 wurde bewiesen, dass Wunden, die mit einem Instrument unter 2 mm hergestellt wurden, narbenfrei heilen können, aber größere Wunden, die größer als 2 mm sind, mit einer Narbe heilen.

Im Jahr 2013 wurde bei Schweinegewebe nachgewiesen, dass Mikrosäulen voller Dicke mit einem Durchmesser von weniger als 0,5 mm entfernt werden konnten und dass das Ersatzgewebe regeneratives Gewebe und keine Narbe war. Das Gewebe wurde in einem fraktionierten Muster entfernt, wobei über 40% einer quadratischen Fläche entfernt wurden; und alle Teillöcher voller Dicke im quadratischen Bereich heilten ohne Narbenbildung. Im Jahr 2016 wurde diese fraktionierte Mustertechnik auch in menschlichem Gewebe nachgewiesen.

Regeneration mit Materialien

Im Allgemeinen kann der Mensch verletztes Gewebe in vivo über begrenzte Distanzen von bis zu 2 mm regenerieren. Je weiter der Wundabstand von 2 mm entfernt ist, desto mehr muss die Wundregeneration angeregt werden. Bis 2009 konnte durch den Einsatz von Materialien eine maximal induzierte Regeneration innerhalb eines 1 cm Geweberisses erreicht werden. Das Material überbrückte die Wunde und ermöglichte es den Zellen, den Wundspalt zu durchqueren; das Material wurde dann abgebaut. Diese Technologie wurde erstmals 1996 in einer gebrochenen Harnröhre eingesetzt. 2012 wurde mit Materialien eine vollständige Harnröhre in vivo wiederhergestellt.

Die Makrophagenpolarisation ist eine Strategie zur Hautregeneration. Makrophagen werden von zirkulierenden Monozyten unterschieden. Makrophagen weisen eine Reihe von Phänotypen auf, die vom proinflammatorischen M1-Typ bis zum pro-regenerativen M2-Typ reichen. Materialhydrogele polarisieren Makrophagen in vitro in den wichtigsten regenerativen Phänotyp M2. Im Jahr 2017 sorgten Hydrogele für eine vollständige Regeneration der Haut mit Haarfollikeln nach teilweiser Entfernung von Narben bei Schweinen und nach Wundeinschnitten in voller Dicke bei Schweinen.

Regeneration durch 3D-Druck

2009 war die Regeneration von Hohlorganen und Geweben mit langer Diffusionsstrecke etwas anspruchsvoller. Um Hohlorgane und Gewebe mit einer langen Diffusionsstrecke zu regenerieren, musste das Gewebe daher im Labor mithilfe eines 3D-Druckers regeneriert werden.

Verschiedene Gewebe, die durch In-vitro-3D-Druck regeneriert wurden, umfassen:

  • Das erste Organ, das jemals im Labor induziert und hergestellt wurde, war die Blase, die 1999 geschaffen wurde.
  • Bis 2014 wurden verschiedene Gewebe durch den 3D-Drucker regeneriert, darunter: Muskeln, Vagina, Penis und Thymusdrüse.
  • Im Jahr 2014 wurde im Labor erstmals eine konzeptionelle menschliche Lunge biotechnologisch hergestellt. Im Jahr 2015 hat das Labor seine Technik robust getestet und eine Schweinelunge regeneriert. Die Schweinelunge wurde dann erfolgreich in ein Schwein ohne den Einsatz von Immunsuppressiva transplantiert.
  • Im Jahr 2015 entwickelten Forscher ein Proof-of-Principle-Biolimb in einem Labor; Sie schätzten auch, dass es mindestens ein Jahrzehnt dauern würde, um Gliedmaßen beim Menschen zu testen. Die Extremität zeigte voll funktionsfähige Haut, Muskeln, Blutgefäße und Knochen.
  • Im April 2019 druckten Forscher in 3D ein menschliches Herz. Der Prototyp des Herzens wurde aus menschlichen Stammzellen hergestellt, aber nur in der Größe eines Kaninchenherzens. Im Jahr 2019 hofften die Forscher, eines Tages eine vergrößerte Version des Herzens im Menschen platzieren zu können.
Komplexitätsabstufungen
Level 1 Level 2 Stufe 3 Level 4
Haut Blutgefäß Blase Herz
Muskel Leber
Nägel Pankreas
Penis

Beim Drucken von Tissues gab es bis 2012 vier anerkannte Standardstufen der regenerativen Komplexität, die von verschiedenen akademischen Institutionen anerkannt wurden:

  • Ebene eins, flaches Gewebe wie Haut war am einfachsten nachzubilden;
  • Ebene zwei waren röhrenförmige Strukturen wie Blutgefäße;
  • Ebene drei bestand aus hohlen, nicht röhrenförmigen Strukturen ;
  • Stufe vier waren solide Organe , die aufgrund der Vaskularität bei weitem am komplexesten nachzubilden waren.

Im Jahr 2012 war es innerhalb von 60 Tagen möglich, im Labor Gewebe von der Größe einer halben Briefmarke auf die Größe eines Fußballfeldes zu züchten; und die meisten Zelltypen könnten außerhalb des Körpers gezüchtet und vermehrt werden, mit Ausnahme von Leber, Nerven und Bauchspeicheldrüse, da diese Gewebetypen Stammzellpopulationen benötigen.

Regeneration mit Medikamenten

Im Jahr 2016 konnten Wissenschaftler mit Molekülen Haut in anderes Gewebe umwandeln. Im Jahr 2017 konnten Wissenschaftler viele Gewebetypen in Haut umwandeln.

Lipoatrophie ist der lokalisierte Fettverlust im Gewebe. Es ist bei Diabetikern üblich, die eine konventionelle Insulininjektionsbehandlung verwenden. Im Jahr 1949 wurde gezeigt, dass eine viel reinere Form von Insulin, anstatt eine Lipoatrophie zu verursachen, den lokalisierten Fettverlust nach Injektionen bei Diabetikern regeneriert. 1984 wurde gezeigt, dass verschiedene Insulininjektionen unterschiedliche regenerative Reaktionen in Bezug auf die Bildung von Hautfetten bei derselben Person haben. Im gleichen Körper wurde gezeigt, dass konventionelle Formen der Insulininjektion eine Lipoatrophie und hochreine Insulininjektionen eine Lipohypertrophie verursachen . 1976 wurde gezeigt, dass die regenerative Reaktion bei einem Nicht-Diabetiker funktionierte, nachdem eine 3 x 3 cm große lipoatrophische Armnarbe mit reinem löslichem Schweine-Einkomponenten-Insulin behandelt wurde. Eine Spritze spritzte Insulin gleichmäßig in die vier Quadranten des Defekts unter die Haut. Um vier Einheiten Insulin gleichmäßig in die Basis des Defekts zu schichten, erhielt jeder Quadrant des Defekts zweiundachtzig Tage lang dreimal täglich eine Einheit Insulin. Nach zweiundachtzig Tagen aufeinanderfolgender Injektionen regenerierte sich der Defekt zu normalem Gewebe.

Im Jahr 2016 konnten Wissenschaftler eine Hautzelle durch den Einsatz von Medikamenten in jeden anderen Gewebetyp umwandeln. Die Technik wurde als sicherer eingestuft als die genetische Neuprogrammierung, die 2016 medizinisch besorgniserregend war. Die Technik nutzte einen Cocktail aus Chemikalien und ermöglichte eine effiziente Regeneration vor Ort ohne jegliche genetische Programmierung. Im Jahr 2016 hoffte man, dieses Medikament eines Tages verwenden zu können, um Gewebe an der Stelle der Gewebeverletzung zu regenerieren. Im Jahr 2017 konnten Wissenschaftler viele Zelltypen (wie Gehirn und Herz) in Haut verwandeln.

Natürlich regenerierende Gliedmaßen und Organe

Herz

Die Kardiomyozytennekrose aktiviert eine Entzündungsreaktion, die dazu dient, das verletzte Myokard von toten Zellen zu befreien und die Reparatur zu stimulieren, kann aber auch die Verletzung verlängern. Die Forschung legt nahe, dass die am Prozess beteiligten Zelltypen eine wichtige Rolle spielen. Von Monozyten abgeleitete Makrophagen neigen nämlich dazu, Entzündungen zu induzieren, während sie die Herzregeneration hemmen, während geweberesidente Makrophagen zur Wiederherstellung der Gewebestruktur und -funktion beitragen können.

Endometrium

Das Endometrium reepithelisiert sich nach dem Abbauprozess über den Menstruationszyklus schnell und regeneriert sich. Obwohl Gewebe mit einer nicht unterbrochenen Morphologie, wie nicht verletztes Weichgewebe, sich vollständig regenerieren; Das Endometrium ist das einzige menschliche Gewebe, das sich nach einer Störung und Unterbrechung der Morphologie konsequent vollständig regeneriert.

Finger

Im Mai 1932 veröffentlichte LH McKim im Canadian Medical Association Journal einen Bericht , der die Regeneration einer Fingerspitze eines Erwachsenen nach einer Amputation beschrieb. Ein Hausarzt im Montreal General Hospital unterzog sich einer Amputation der distalen Phalanx , um die Ausbreitung einer Infektion zu stoppen. In weniger als einem Monat nach der Operation zeigte die Röntgenanalyse das Nachwachsen von Knochen, während die makroskopische Beobachtung das Nachwachsen von Nägeln und Haut zeigte. Dies ist eines der frühesten aufgezeichneten Beispiele für die Regeneration der Fingerspitzen des erwachsenen Menschen.

Studien in den 1970er Jahren zeigten, dass Kindern bis etwa 10 Jahren, die bei Unfällen Fingerkuppen verlieren, innerhalb eines Monats die Fingerspitze nachwachsen kann, sofern ihre Wunden nicht mit Hautlappen verschlossen werden – die De-facto-Behandlung in solchen Notfällen. Sie haben normalerweise keinen Fingerabdruck , und wenn noch ein Stück des Fingernagels übrig ist, wächst es auch nach, normalerweise in einer quadratischen Form und nicht in einer runden Form.

Im August 2005 schnitt Lee Spievack, damals Anfang Sechzig, aus Versehen die Spitze seines rechten Mittelfingers knapp über der ersten Phalanx ab . Sein Bruder, Dr. Alan Spievack, forschte an der Regeneration und versorgte ihn mit pulverisierter extrazellulärer Matrix , die von Dr. Stephen Badylak vom McGowan Institute of Regenerative Medicine entwickelt wurde . Herr Spievack bedeckte die Wunde mit dem Puder und seine Fingerspitze wuchs in vier Wochen wieder. Die Nachricht wurde 2007 veröffentlicht. Ben Goldacre hat dies als "den fehlenden Finger, der nie war" beschrieben, behauptet, dass die Fingerspitzen nachwachsen, und zitierte Simon Kay , Professor für Handchirurgie an der University of Leeds , der aus dem von Goldacre bereitgestellten Bild die Fall als scheinbar "eine gewöhnliche Fingerkuppenverletzung mit recht unauffälliger Heilung"

Eine ähnliche Geschichte wurde von CNN berichtet. Eine Frau namens Deepa Kulkarni verlor die Spitze ihres kleinen Fingers und wurde zunächst von Ärzten gesagt, dass nichts getan werden könne. Ihre persönlichen Recherchen und Beratungen mit mehreren Spezialisten, darunter Badylak, führten schließlich dazu, dass sie sich einer regenerativen Therapie unterzog und ihre Fingerspitze wiedererlangte.

Niere

Die Regenerationsfähigkeit der Niere wurde kürzlich untersucht.

Die grundlegende funktionelle und strukturelle Einheit der Niere ist das Nephron , das hauptsächlich aus vier Komponenten besteht: dem Glomerulus, den Tubuli, dem Sammelrohr und den peritubulären Kapillaren. Die Regenerationsfähigkeit der Säugetierniere ist im Vergleich zu niederen Wirbeltieren begrenzt.

Bei der Säugerniere ist die Regeneration der tubulären Komponente nach einer akuten Verletzung gut bekannt. Kürzlich wurde auch eine Regeneration des Glomerulus dokumentiert. Nach einer akuten Verletzung wird der proximale Tubulus stärker geschädigt und die verletzten Epithelzellen lösen sich von der Basalmembran des Nephrons. Die überlebenden Epithelzellen unterliegen jedoch einer Migration, Dedifferenzierung, Proliferation und Redifferenzierung, um die Epithelauskleidung des proximalen Tubulus nach einer Verletzung wieder aufzufüllen. Kürzlich wurde das Vorhandensein und die Beteiligung der Nieren Stammzellen wurde in dem röhrenförmigen Regeneration gezeigt. Allerdings entsteht derzeit das Konzept der Nierenstammzellen. Neben den überlebenden tubulären Epithelzellen und Nierenstammzellen sind auch die Knochenmarksstammzellen an der Regeneration des proximalen Tubulus beteiligt, die Mechanismen bleiben jedoch umstritten. Kürzlich tauchen Studien auf, die die Fähigkeit von Knochenmarkstammzellen untersuchen, sich zu Nierenzellen zu differenzieren.

Wie andere Organe ist auch die Niere dafür bekannt, dass sie sich bei niederen Wirbeltieren wie Fischen vollständig regeneriert. Einige der bekannten Fische, die eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Nierenregeneration aufweisen, sind Goldfische, Rochen, Rochen und Haie. Bei diesen Fischen regeneriert sich das gesamte Nephron nach einer Verletzung oder teilweisen Entfernung der Niere.

Leber

Die menschliche Leber ist vor allem für ihre Regenerationsfähigkeit bekannt und kann dies vor allem aufgrund der Unipotenz der Hepatozyten nur aus einem Viertel ihres Gewebes tun . Die Resektion der Leber kann die Proliferation der verbleibenden Hepatozyten induzieren, bis die verlorene Masse wiederhergestellt ist, wobei die Intensität der Leberreaktion direkt proportional zur resezierten Masse ist. Seit fast 80 Jahren ist die chirurgische Resektion der Leber bei Nagetieren ein sehr nützliches Modell zur Untersuchung der Zellproliferation.

Zehen

Zehen, die bei älteren Menschen durch Gangrän und Verbrennungen beschädigt wurden, können auch nachwachsen, wenn der Nagel- und Zehenabdruck nach einer medizinischen Behandlung von Gangrän zurückkehrt.

Samenleiter

Die Samenleiter können nach einer Vasektomie wieder zusammenwachsen – was zum Scheitern der Vasektomie führt. Dies liegt daran, dass das Epithel des Samenleiters, ähnlich wie das Epithel einiger anderer menschlicher Körperteile, in der Lage ist, sich zu regenerieren und eine neue Röhre zu bilden, falls der Samenleiter beschädigt und/oder durchtrennt wird. Selbst wenn bis zu fünf Zentimeter oder zwei Zoll des Samenleiters entfernt werden, können die Samenleiter immer noch zusammenwachsen und wieder anhaften – so können die Spermien wieder durch die Samenleiter fließen und die Fruchtbarkeit wiederherstellen .

Induzierte Regeneration beim Menschen

Inzwischen gibt es mehrere menschliche Gewebe, die erfolgreich oder teilweise zur Regeneration angeregt wurden. Viele dieser Beispiele fallen unter das Thema der Regenerativen Medizin , die die Methoden und Forschungen umfasst, die mit dem Ziel durchgeführt werden, Organe und Gewebe des Menschen nach Verletzungen zu regenerieren. Zu den wichtigsten Strategien der regenerativen Medizin gehören die Dedifferenzierung von Zellen an der Verletzungsstelle, die Transplantation von Stammzellen, die Implantation von im Labor gezüchteten Geweben und Organen sowie die Implantation von bioartifiziellen Geweben.

Blase

1999 war die Blase das erste regenerierte Organ, das sieben Patienten verabreicht wurde; ab 2014 funktionieren diese regenerierten Blasen bei den Begünstigten immer noch.

Fett

1949 wurde gezeigt, dass gereinigtes Insulin bei Diabetikern mit Lipoatrophie Fett regeneriert . 1976, nach 82 Tagen aufeinanderfolgender Injektionen in eine Narbe, wurde gezeigt, dass gereinigtes Insulin bei einem Nicht-Diabetiker Fett sicher regeneriert und die Haut vollständig regeneriert.

Während einer fettreichen Ernährung und während des Wachstums der Haarfollikel werden auf natürliche Weise reife Adipozyten (Fette) in mehreren Geweben gebildet. Fettgewebe wurde mit der Induktion der Geweberegeneration in Verbindung gebracht. Myofibroblasten sind die Fibroblasten verantwortlich für Narbe und im Jahr 2017 wurde festgestellt , dass die Regeneration von Fett Myofibroblasten in Adipozyten statt Narbengewebe umgewandelt. Die Wissenschaftler identifizierten auch die Signalgebung des knochenmorphogenetischen Proteins (BMP) als wichtig für die Umwandlung von Myofibroblasten in Adipozyten zum Zweck der Haut- und Fettregeneration.

Herz

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind weltweit die häufigste Todesursache und haben proportional von 25,8% der weltweiten Todesfälle im Jahr 1990 auf 31,5% der Todesfälle im Jahr 2013 zugenommen. Dies gilt für alle Gebiete der Welt außer Afrika. Darüber hinaus gehen bei einem typischen Myokardinfarkt oder Herzinfarkt schätzungsweise eine Milliarde Herzzellen verloren. Die daraus resultierende Vernarbung ist dann dafür verantwortlich, dass das Risiko für lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen oder Herzrhythmusstörungen stark erhöht wird . Daher hätte die Fähigkeit, das Herz auf natürliche Weise zu regenerieren, enorme Auswirkungen auf die moderne Gesundheitsversorgung. Während jedoch mehrere Tiere Herzschäden regenerieren können (zB Axolotl ), können sich Kardiomyozyten (Herzmuskelzellen ) von Säugetieren nicht vermehren (vermehren) und Herzschäden verursachen Narben und Fibrose .

Trotz der früheren Annahme, dass menschliche Kardiomyozyten später im Leben nicht gebildet werden, hat eine kürzlich durchgeführte Studie ergeben, dass dies nicht der Fall ist. Diese Studie machte sich die Atombombentests während des Kalten Krieges zunutze , die Kohlenstoff-14 in die Atmosphäre und damit in die Zellen der umliegenden Bewohner einführten. Sie extrahierten DNA aus dem Myokard dieser Versuchspersonen und fanden heraus, dass sich Kardiomyozyten tatsächlich ab dem 25. Lebensjahr um 1 % pro Jahr verlangsamen, auf 0,45 % pro Jahr im Alter von 75 Jahren. Dies entspricht weniger als der Hälfte der ursprünglichen Kardiomyozyten während der durchschnittlichen Lebensdauer ersetzt werden. Es wurden jedoch ernsthafte Zweifel an der Validität dieser Forschung geäußert, einschließlich der Eignung der Proben als repräsentativ für normal alternde Herzen.

Unabhängig davon wurden weitere Forschungen durchgeführt, die das Potenzial für die menschliche Herzregeneration unterstützen. Es wurde festgestellt, dass die Hemmung der p38-MAP-Kinase die Mitose in adulten Säuger-Kardiomyozyten induziert, während die Behandlung mit FGF1- und p38-MAP-Kinase- Inhibitoren das Herz regeneriert, die Narbenbildung reduziert und die Herzfunktion bei Ratten mit Herzverletzungen verbessert.

Eine der vielversprechendsten Quellen der Herzregeneration ist die Verwendung von Stammzellen. Bei Mäusen wurde gezeigt, dass es im erwachsenen Herzen eine Stammzellpopulation oder kardiale Vorläuferzellen gibt – diese Stammzellpopulation wurde so umprogrammiert, dass sie sich in Kardiomyozyten differenzieren, die die beim Absterben des Herzgewebes verlorenen ersetzten. Speziell beim Menschen wurde im Myokard eine „kardiale mesenchymale Feeder-Schicht“ gefunden, die die Zellen mit Vorläuferzellen erneuerte, die sich zu reifen Herzzellen ausdifferenzierten. Was diese Studien zeigen, ist, dass das menschliche Herz Stammzellen enthält, die bei Bedarf möglicherweise dazu gebracht werden könnten, das Herz zu regenerieren, anstatt nur verbrauchte Zellen zu ersetzen.

Ein krankheitsbedingter Verlust des Myokards führt oft zu Herzversagen; Daher wäre es nützlich, Zellen von anderen Stellen des Herzens entnehmen zu können, um die verlorenen Zellen wieder aufzufüllen. Dies wurde im Jahr 2010 erreicht , wenn Herz-reifen Fibroblasten wurden direkt in Kardiomyozyten-ähnlichen Zellen umprogrammiert. Dies geschah unter Verwendung von drei Transkriptionsfaktoren : GATA4 , Mef2c und Tbx5 . Herzfibroblasten machen mehr als die Hälfte aller Herzzellen aus und sind normalerweise nicht in der Lage, Kontraktionen durchzuführen (sind nicht kardiogen), aber die umprogrammierten konnten sich spontan kontrahieren. Die Bedeutung ist, dass Fibroblasten aus dem geschädigten Herzen oder von anderswo eine Quelle für funktionelle Kardiomyozyten für die Regeneration sein können.

Die einfache Injektion von funktionierenden Herzzellen in ein geschädigtes Herz ist nur bedingt wirksam. Um zuverlässigere Ergebnisse zu erzielen, müssen Strukturen aus den Zellen hergestellt und anschließend transplantiert werden. Masumoto und sein Team entwickelten eine Methode zur Herstellung von Kardiomyozyten- und Gefäßzellen aus menschlichen iPS- Zellen . Diese Platten wurden dann auf infarzierte Rattenherzen transplantiert, was zu einer signifikant verbesserten Herzfunktion führte. Diese Blätter wurden noch vier Wochen später gefunden. Es wurde auch an der Konstruktion von Herzklappen geforscht. Mit Gewebe hergestellte Herzklappen aus menschlichen Zellen wurden in vitro hergestellt und in ein nicht-menschliches Primatenmodell transplantiert. Diese zeigten selbst nach acht Wochen eine vielversprechende Zellrepopulation und konnten die derzeit verwendeten nicht-biologischen Klappen übertreffen. Im April 2019 druckten Forscher in 3D einen Prototyp eines menschlichen Herzens in der Größe eines Kaninchenherzens.

Lunge

Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist heute eine der am weitesten verbreiteten Gesundheitsgefahren. Es betrifft 329 Millionen Menschen weltweit, was fast 5% der Weltbevölkerung ausmacht. Mit über 3 Millionen Toten im Jahr 2012 war COPD die dritthäufigste Todesursache. Schlimmer noch ist, dass aufgrund der steigenden Raucherquoten und der alternden Bevölkerung in vielen Ländern die Zahl der Todesfälle infolge von COPD und anderen chronischen Lungenerkrankungen voraussichtlich weiter steigen wird. Daher ist die Entwicklung der Regenerationsfähigkeit der Lunge sehr gefragt.

Es wurde gezeigt, dass aus Knochenmark stammende Zellen die Quelle von Vorläuferzellen mehrerer Zelllinien sein könnten, und eine Studie aus dem Jahr 2004 legte nahe, dass einer dieser Zelltypen an der Lungenregeneration beteiligt war. Daher wurde eine potentielle Quelle von Zellen für die Lungenregeneration gefunden; Aufgrund der Fortschritte bei der Induktion von Stammzellen und der Lenkung ihrer Differenzierung hat sich die Lungenregeneration jedoch durchwegs durch die Verwendung von patientenbezogenen iPSCs und Biogerüsten verbessert. Die extrazelluläre Matrix ist der Schlüssel zur Erzeugung ganzer Organe in vitro. Es wurde festgestellt, dass durch vorsichtiges Entfernen der Zellen einer ganzen Lunge ein "Fußabdruck" zurückbleibt, der die zelluläre Adhäsion und Differenzierung steuern kann, wenn eine Population von Lungenepithelzellen und Chondrozyten hinzugefügt wird. Dies hat ernsthafte Anwendungen in der regenerativen Medizin, insbesondere als eine Studie aus dem Jahr 2012 erfolgreich eine Population von Lungen-Vorläuferzellen gereinigt hat, die aus embryonalen Stammzellen gewonnen wurden. Diese können dann verwendet werden, um ein dreidimensionales Lungengewebegerüst zu rezellularisieren.

Im Jahr 2008 wurde bei einer 30-jährigen Frau mit Bronchomalazie im Endstadium eine erfolgreiche klinische Transplantation einer Trachea mit Tissue-Engineering durchgeführt . Ein ECM-Gerüst wurde geschaffen, indem die Zellen und MHC- Antigene aus einer menschlichen gespendeten Luftröhre entfernt wurden, die dann mit Epithelzellen und mesenchymalen Stammzellen-abgeleiteten Chondrozyten, die aus Zellen des Empfängers kultiviert wurden, besiedelt wurde. Das Transplantat ersetzte ihren linken Hauptbronchus, stellte sofort einen funktionsfähigen Atemweg bereit und behielt nach vier Monaten sein normales Aussehen und seine mechanische Funktion bei. Da das Transplantat aus Zellen des Empfängers gewonnen wurde, waren keine Anti-Spender-Antikörper oder Immunsuppressiva erforderlich – ein großer Schritt in Richtung personalisierte Lungenregeneration.

Eine Untersuchung aus dem Jahr 2010 ging noch einen Schritt weiter, indem das ECM-Gerüst verwendet wurde, um ganze Lungen in vitro herzustellen, die in lebende Ratten transplantiert werden. Diese ermöglichten erfolgreich den Gasaustausch, jedoch nur für kurze Zeitintervalle. Nichtsdestotrotz war dies ein riesiger Schritt in Richtung einer vollständigen Lungenregeneration und Transplantationen für den Menschen, der mit der Lungenregeneration eines nicht-menschlichen Primaten bereits einen weiteren Schritt nach vorne gemacht hat.

Mukoviszidose ist eine weitere Lungenerkrankung, die höchst tödlich verläuft und genetisch mit einer Mutation im CFTR-Gen verbunden ist . Durch das Züchten von patientenspezifischem Lungenepithel in vitro wurde Lungengewebe erreicht, das den Phänotyp der zystischen Fibrose exprimiert. So können Modellierungen und Arzneimitteltests der Krankheitspathologie mit der Hoffnung auf regenerative medizinische Anwendungen durchgeführt werden.

Penis

Der Penis wurde im Labor erfolgreich regeneriert. Der Penis ist aufgrund seiner strukturellen Komplexität ein schwieriger zu regenerierendes Organ als Haut, Blase und Vagina.

Spinalnerven

Ein Ziel der Forschung zu Rückenmarksverletzungen ist es, die Neuroregeneration zu fördern , die Wiederverbindung von beschädigten neuronalen Schaltkreisen. Die Nerven in der Wirbelsäule sind ein Gewebe, das zur Regeneration eine Stammzellpopulation benötigt. Im Jahr 2012 unterzog sich ein polnischer Feuerwehrmann Darek Fidyka mit Querschnittslähmung des Rückenmarks einem Verfahren, bei dem olfaktorische umhüllende Zellen (OECs) aus Fidykas Riechkolben extrahiert und diese Stammzellen in vivo in die Stelle der vorherigen Verletzung injiziert wurden. Fidyka gewann schließlich Gefühl, Bewegung und Empfindung in seinen Gliedmaßen, besonders auf der Seite, wo die Stammzellen injiziert wurden; er berichtete auch, sexuelle Funktion zu gewinnen. Fidyka kann jetzt Auto fahren und kann jetzt mit Hilfe eines Rahmens ein Stück weit gehen. Es wird angenommen, dass er der erste Mensch auf der Welt ist, der die sensorische Funktion nach einer vollständigen Durchtrennung der Spinalnerven wiedererlangt.

Thymusdrüse

Forschern der Universität Edinburgh ist es gelungen, ein lebendes Organ zu regenerieren. Das regenerierte Organ ähnelte in Bezug auf Architektur und Genexpressionsprofil stark einem juvenilen Thymus . Die Thymusdrüse ist eines der ersten Organe, das bei normalen gesunden Menschen degeneriert.

Vagina

Zwischen den Jahren 2005 und 2008 erhielten vier Frauen mit vaginaler Hypoplasie aufgrund einer Müllerschen Agenesie regenerierte Vaginas. Bis zu acht Jahre nach der Transplantation haben alle Organe eine normale Funktion und Struktur.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links