Tierphysiologie

Warum können manche Tiere verletztes Gewebe einfach nachbilden, während beim Menschen stattdessen Narben entstehen? Das Team der Abteilung Tierphysiologie um  Prof. Dr. Kerstin Bartscherer geht dieser Frage nach – mit modernen 3D-in vitro Modellen und regenerierenden Tieren, um die Geheimnisse der Regeneration zu entschlüsseln und neue Therapieansätze zu inspirieren.

Planarien – Meister der Geweberegeneration

Die unangefochtenen Meister der Regeneration sind Planarien, die zu den Plattwürmern (Platyhelminthes) gehören. Einige Planarien kann man in hunderte Stücke schneiden: jedes einzelne Teil regeneriert die verlorenen Gewebe, sogar den Kopf, innerhalb weniger Tage. Das Baumaterial für die Regeneration sind in diesen Tieren Stammzellen, die sich nach einer Verwundung teilen und in die benötigten Zelltypen verwandeln. So können aus einer Stammzelle z.B. Nervenzellen, Hautzellen, oder Darmzellen entstehen. Im Labor nutzen wir Planarien, um das Verhalten von Stammzellen während der Regeneration besser zu verstehen und Mechanismen zu erlernen, die deren Verhalten kontrollieren.

Narbenfreie Regeneration in Stachelmäusen

Warum regeneriert die Stachelmaus ihre Gewebe, während andere Säugetiere Narben bilden? Um Antworten auf diese Frage zu finden und mit unseren Kenntnissen Ansätze für regenerative Therapien zu entwickeln, vergleichen wir die zellulären und molekularen Vorgänge, die nach einer Verwundung in Stachelmäusen oder deren nicht-regenerierenden Verwandten, den Hausmäusen stattfinden. Zum Beispiel können wir, indem wir die Aktivität bestimmter Genen vergleichen, das Verhalten von Zellen ableiten. Durch sie haben wir bereits herausgefunden, dass sowohl die Immunantwort als auch die Reaktion von Bindegewebszellen unterschiedlich abläuft. Ob diese Unterschiede relevant für die Regenerationsfähigkeit der Stachelmäuse sind, erforschen wir mit weiterführenden Studien.

Menschliche Haut-Organoide zur Modelierung von Narbenbildung und anderen Pathologien

Um unsere Ergebnisse aus Tiermodellen auf den Menschen zu übertragen, entwickeln wir menschliche 3D-in vitro Systeme, wie z.B. Hautorganoide, aus pluripotenten Stammzellen (iPS Zellen). Diese Mini-Organe entstehen durch sich selbst organisierende entwicklungsbiologische Vorgänge, die normalerweise während der Embryogenese ablaufen. So beherbergen entstandene Haut-Organoide nicht nur alle Hautschichten und -zelltypen, z.B. Keratinozyten und Melanozyten, sondern auch Drüsen und Haarfollikel. Mit Hilfe dieser ‚Mini-Haut‘ wollen wir Regenerationsprozesse nachbilden und Krankheiten, wie z.B. den schwarzen Hautkrebs (Melanom) modelieren, um die relevanten Zellen und Moleküle in ihrer natürlichen Umgebung abzubilden und zu verstehen.