Querschnittlähmung heilen mithilfe des Axolotl?
Der Axolotl gilt als „Wunderkind“ unter den Wirbeltieren. Seine Regenerationsfähigkeit ist unübertroffen. Forscher hoffen, dass sie mit seiner Hilfe eines Tages auch menschliche Rückenmarksverletzungen heilen können.
Die Regenerationsfähigkeiten des Axolotl (Ambystoma mexicanum) sind unter den Wirbeltieren unübertroffen.
Das kleine Wesen wirkt, als wäre es nicht von dieser Welt. Kiemenäste am Hals, die wie kleine Bäumchen aussehen. Große Kulleraugen und ein breites Maul. Fast schon würde man meinen, dass es lächelt. Eine Mischung aus Molch und Salamander – so könnte man den Axolotl am besten beschreiben. Und doch ist das Wasserlebewesen noch viel mehr. So viel, dass es auch für Forscher auf der ganzen Welt zu einem beliebten Untersuchungsgegenstand geworden ist. Doch warum eigentlich?
Die aus Boston stammende Biochemikerin Prof. Elly Tanaka erforscht seit mehr als 20 Jahren die Regenerationsprozesse von Wirbeltieren und gilt als führende Spezialistin auf dem Gebiet der Regenerationsbiologie. Seit 2016 ist sie am IMP in Wien tätig.
„Im Gegensatz zu den meisten Landwirbeltieren besitzen Axolotl enorme Regenerationsfähigkeiten“, sagt Elly Tanaka im Gespräch mit NATIONAL GEOGRAPHIC. Seit mehr als 20 Jahren erforscht die aus Boston stammende Biochemikerin bereits die Regenerationsprozesse von Wirbeltieren. Seit 2016 ist sie am Forschungsinstitut für Molekulare Pathologie, dem IMP in Wien, tätig. Die besonderen Regenerationsfähigkeiten des Axolotl stehen bei den Forschungen von Tanaka und ihrem Team im Mittelpunkt.
Die Schwanzlurchgattung, die ihr ganzes Leben im Larvenstadium bleibt und auf natürliche Weise nur im Xochimilco-See nahe Mexico City vorkommt, ist nicht nur in der Lage, abgetrennte Gliedmaßen nachwachsen zu lassen. Auch beschädigte Teile des Herzens und des Hirns kann das Tier einfach regenerieren. Sogar verletztes Rückenmark repariert der Axolotl von selbst. Das und seine anatomische Ähnlichkeit zu anderen Landwirbeltieren macht den Schwanzlurch für die Forschung bedeutsam. „Wir können viele der Zelltypen und die Körperstruktur des Axolotl mit Säugetieren und auch Menschen vergleichen, um zu verstehen, wie erfolgreiche Regeneration funktioniert“, sagt Tanaka.
Studie gibt Aufschlüsse
Wie das Tier verletztes Rückenmark regeneriert, haben Tanaka und ihr Team vom IMP gemeinsam mit Forschenden vom Argentina National Scientific and Technical Research Council (CONICET) und der TU Dresden untersucht. In einer Studie, die im Mai 2021 im Fachjournal „eLife“ veröffentlicht wurde, bildeten die Forscher den Regenerationsprozess in einem mathematischen Modell nach und testeten dessen Vorhersagen im Gewebe des Axolotl. Die Studie zeigte, dass sich neurale Stammzellen in der Nähe der Verletzung schon in den ersten Tagen synchronisieren und rapide vermehren. Und noch etwas konnte durch das Modell herausgefunden werden. „Es gibt ein Signal, das sehr wichtig für diesen Vermehrungsprozess ist“, sagt Tanaka. Hierbei handele es sich höchstwahrscheinlich um einen Botenstoff, der sich von der Verletzung durch das Gewebe ausbreite und die Regeneration anstoße.
Ein Querschnitt des Axolotl-Rückenmarks mit neuralen Stammzellen (rot und grün), Neuronen auf der Außenseite, Nervenfasern (gelb) und Zellkernen (blau).
Schon in einer im Fachmagazin „Nature“ veröffentlichten Studie aus dem Jahr 2016 hatten Tanaka und ihr Team ein Molekül identifiziert, das bei der Verletzung eines Axolotl ausgeschüttet wird und auch bei Säugetieren auftritt. „Sehr wahrscheinlich ist es dieses Molekül, das die Verbreitung hervorruft“, sagt Tanaka. Sie und ihr Team wollen nun herausfinden, ob dieses Molekül wirklich verantwortlich für die Regeneration des Rückenmarks ist. Aus Erkenntnissen in diesem Bereich könne man gleich in mehreren Bereichen profitieren. „Unsere Arbeit gibt Leuten Konzepte, wie ein erfolgreich regenerierendes Gewebe wachsen sollte“, sagt Tanaka. Dies berge auch großes Potenzial für die Stammzellenforschung und die Entwicklung regenerativer Therapien beim Menschen. Auch zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen könnten diese Erkenntnisse vielleicht eines Tages genutzt werden.
Prof. Dr. Norbert Weidner ist ärztlicher Leiter an der Klinik für Paraplegiologie am Universitätsklinikum Heidelberg. Die Klinik befasst sich mit der Behandlung von Querschnittlähmung und darüber hinaus mit der Entwicklung neuer sowie der Verbesserung bestehender Behandlungsmethoden.
Therapieansätze beim Menschen
Anders als beim Axolotl lässt sich beschädigtes Rückenmark beim Menschen aktuell noch nicht heilen. „Wird eine Nervenbahn zum Beispiel im Bereich des Rückenmarks durchtrennt, ist diese nicht mehr in der Lage, das ursprüngliche Ziel zu erreichen“, sagt Prof. Dr. Norbert Weidner, ärztlicher Direktor am Querschnittzentrum des Universitätsklinikum Heidelberg im Gespräch mit NATIONAL GEOGRAPHIC. Beim Menschen können dadurch neurologische Ausfälle – von Störungen der Körperfunktionen bis hin zu Lähmungen entstehen. Es gebe zwar Behandlungsmöglichkeiten, bei denen man versuche, die verlorengegangenen Funktionen so gut wie möglich wiederherzustellen. Vollständig heilen lässt sich beschädigtes Rückenmark bislang aber nicht. „Darüber hinaus gibt es bis zum heutigen Tag keine gängige Therapie, die in der Routineversorgung Anwendung findet“, sagt Weidner.
Laut Weidner befinden sich dennoch bereits mehrere Therapieansätze in Entwicklung, die das Potenzial für eine zukünftige Anwendung bei der Behandlung von Rückenmarksverletzungen haben. Neben Verfahren, die auf eine elektrische Stimulation des Rückenmarks abzielen und Therapien, die auf Infusionen oder die Einnahme von Medikamenten setzen, ist für Weidner insbesondere die Transplantation von Stammzellen ein vielversprechender Behandlungsansatz. „Man konnte schon zeigen, dass selbst in einem so regenerationsfeindlichem Milieu wie dem Rückenmark bestimmte Stammzellen-Transplantationsformen erhebliche Effekte zeigen“, sagt Weidner. Trotzdem gibt es noch einige Probleme zu lösen: So müsse man eine Quelle von Stammzellen finden, die nicht nur ethisch unbedenklich, sondern auch frei von Risiken für den Menschen ist. Und oftmals seien auch fehlende finanzielle Mittel ein bremsender Faktor. „Es mangelt nicht an guten Konzepten und Ideen. Aber von da ist es immer noch ein riesiger Schritt hin zur klinischen Anwendung“, so Weidner.
Noch viel zu tun
Dem Axolotl und seinem Potential bei der Behandlung von Rückenmarksverletzungen steht Weidner noch skeptisch gegenüber. „Der Axolotl ist sicher ein Beispiel dafür, dass Regeneration funktioniert“, so Weidner. Dennoch gebe es zwischen Axolotl und Mensch immer noch große Unterschiede, die man nicht außer Acht lassen dürfe. „Der Aufbau des menschlichen Nervensystems ist viel komplexer als der eines Axolotl“, so Weidner. Demnach müssten auch die Nervenbahnen beim Menschen eine viel größere Distanz zurücklegen, ehe die Funktion wiederhergestellt werden könnte.
Es gibt also noch Arbeit zu tun, bevor der Axolotl wirklich zur Heilung von Rückenmarksverletzungen beitragen kann. Elly Tanaka bleibt aber zuversichtlich, dass es eines Tages so weit sein wird. In den nächsten Schritten gehe es für sie und ihr Team darum, auch bei den Zellen von Säugetieren wie Mäusen und bei menschlichen Zellen eine ähnliche Regeneration wie beim Axolotl hervorzurufen. Und dann stehe eine weitere Herausforderung an: die Anwendung an tatsächlich verletztem Gewebe. Zwar kann es laut Tanaka noch ein paar Jahre dauern, bis es wirklich Ergebnisse in dem Bereich gibt. Sie sieht die Forschung dennoch auf einem guten Weg: „Es hat seine Zeit gebraucht, bis wir das notwendige Verständnis im Bereich der Stammzellen hatten. Aber jetzt findet diese Transformation statt.“
