Können sich menschliche Gewebe oder Organe vollständig regenerieren und so Unsterblichkeit erlangen?

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Liu Boyan

Hersteller: China Science Expo

Das Verständnis des Alterns und der Faktoren, die die Lebenserwartung begrenzen, ist seit jeher ein Thema, mit dem sich Wissenschaftler sehr gerne befassen. Von der alten Legende über Qin Shihuang, der nach dem Lebenselixier suchte, bis hin zur modernen Erforschung funktioneller Medikamente mit Anti-Aging- und lebensverlängernder Wirkung verdeutlichen alle diese Ereignisse das Interesse der Menschen an Unsterblichkeit.

Dank des medizinischen Fortschritts und verbesserter Lebensbedingungen haben moderne Menschen eine längere Lebenserwartung. Manche Menschen fragen sich sicher: Können wir ewig leben, wenn menschliches Gewebe oder Organe vollständig regeneriert werden können?

Die überwiegende Mehrheit der Lebewesen erlebt unweigerlich Geburt, Alter, Krankheit und Tod. Wenn wir Unsterblichkeit erreichen wollen, müssen wir die Alterung unseres Körpers stoppen. Es gibt einige magische Tiere in der Natur, die solche Probleme nicht haben, und wir hoffen, von ihnen einige „Geheimnisse der Langlebigkeit“ zu lernen.

Wie können Menschen „Unsterblichkeit“ erlangen?

Organismen wie Hydras und Planarien verfügen über außergewöhnliche Regenerationsmöglichkeiten (Abbildung 1). Sie bestehen hauptsächlich aus Stammzellen, die sich ständig teilen, um neue Zellen zu bilden und alternde Zellen zu ersetzen. Die ständige Bildung neuer Zellen kann Hydras am Leben erhalten.

Abbildung 1 Planarien können nach der Entfernung ihrer Augen neue Augen wachsen lassen

(Bildquelle: Referenz [1])

Dies bedeutet jedoch nicht, dass der Mensch das Geheimnis der „Verjüngung“ der Hydra reproduzieren kann. Hydras sind sehr klein, nur 10 mm lang und haben keine Organe. Dies ist für den Menschen aufgrund seiner äußerst komplexen Körperstruktur unmöglich. Wir können alternde Zellen nicht einfach entsorgen, wie es Hydra tut. Wir brauchen diese differenzierten Zellen, um zu funktionieren.

Abbildung 2 Ontogenese und Phylogenese der Geweberegenerationsfähigkeit

(Bildquelle: Referenz [2])

Beispielsweise sind Neuronen im Gehirn für die Informationsübertragung verantwortlich und wir möchten nicht, dass diese funktionierenden Neuronen durch einen stetigen Strom neuer neuronaler Stammzellen ersetzt werden, da wir sonst unser Gedächtnis verlieren.

Tatsächlich verfügen auch Menschen über Stammzellen, die Gewebe reparieren und sogar regenerieren können. Beispielsweise können sich Stammzellen in der Leber vermehren und mit geringer Schädigung reife Zellen produzieren. Allerdings besteht der menschliche Körper nicht wie der von Hydra fast ausschließlich aus Stammzellen.

Dies liegt vor allem daran, dass der Mensch differenzierte Zellen benötigt, um mehr Arbeit zu leisten. Beispielsweise erfüllen hochspezialisierte Leberzellen viele Aufgaben des Organs, darunter die Speicherung von Vitaminen und Mineralien, die Entfernung von Giftstoffen und die Unterstützung bei der Regulierung des Fett- und Zuckerspiegels im Blut.

Wir geben Zellen eine bestimmte Funktion, aber der Preis für diese Funktion besteht darin, dass die Zellen die Fähigkeit zur Teilung verlieren und wenn die Zellen altern, altert unser Körper mit ihnen. Überraschenderweise entdeckte der japanische Nobelpreisträger Professor Shinya Yamanaka im Jahr 2006, dass induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs) differenzierte somatische Zellen zur Dedifferenzierung und Redifferenzierung in Nervenzellen, Kardiomyozyten, Leberzellen usw. anregen können, wodurch der Wunsch nach einer „Verjüngung“ der Zellen Wirklichkeit wurde.

Derzeit gibt es drei Hauptansätze zur Förderung der Geweberegeneration: Auffüllen des Gewebes mit exogenen Stamm- oder Vorläuferzellen; chemische Stimulierung der Stammzellexpansion, -differenzierung und/oder somatischen Zelltransdifferenzierung in situ; und Wiederherstellung des endogenen Stammzellpools mit spezifischen biologischen Faktoren. In Tiermodellen können diese Ansätze mehrere Alterssyndrome lindern, darunter Neurodegeneration, Gefäßdegeneration, Herzinfarkt und Osteoarthritis.

Fortschritte in der Stammzellentechnologie könnten die Methoden zur Reparatur von Körperschäden verbessern. Beispielsweise erfolgt der Ersatz von Kardiomyozyten im normalen Herzen erwachsener Säugetiere sehr langsam. Im Gegensatz dazu verfügt das fetale Herz noch über Kardiomyozyten mit einer weniger ausgereiften Proliferationsfähigkeit und einem erheblichen Regenerationspotenzial.

Auf dieser Grundlage haben Yanpu Chen et al. verwendete Transkriptionsfaktoren, darunter Oct4, Sox2, Klf4 und c-Myc (OSKM), um gezielt die Dedifferenzierung adulter Kardiomyozyten zu induzieren und so dem erwachsenen Herzen regenerative Kapazität zu verleihen.

Bei Krankheitsanwendungen ist es verständlich, dass in Krankheitszuständen wie vor und während eines Herzinfarkts eine kurzfristige Erhöhung der OSKM-Faktorexpression die Regeneration von Kardiomyozyten bei Säugetieren durch Dedifferenzierungs- und Neuprogrammierungstechnologie induzieren, Myokardschäden verbessern und die Herzfunktion verbessern kann (Abbildung 3).

Abbildung 3: Dedifferenzierung und Reprogrammierung können die Regeneration des Herzens bei Säugetieren induzieren. Blau zeigt fibrotisches Narbengewebe, Rot zeigt gesundes Myokard

(Bildquelle: Referenz [3])

In einer anderen Studie haben Stamm C et al. förderte die Myokardregeneration bei Patienten durch die Transplantation autologer Knochenmarkstammzellen und erzielte bestimmte klinische Effekte (Abbildung 4).

Abbildung 4: Förderung der Myokardregeneration bei Patienten durch autologe Knochenmarkstammzelltransplantation

(Bildquelle: Referenz [4])

Mit dem technologischen Fortschritt wurden auch die therapeutischen Strategien zur Regeneration und Reparatur der Bauchspeicheldrüse weiter verbessert. Die derzeit fortschrittlichste Technologie zur Herstellung funktioneller menschlicher Insulin-sezernierender Zellen und die einzige Technologie, die sich in der klinischen Erprobung befindet, basiert auf der Gewinnung menschlicher pluripotenter Stammzellen (Abbildung 5).

Abbildung 5: Therapeutische Strategien zur Regeneration und Reparatur der Bauchspeicheldrüse

(Bildquelle: Referenz [5])

Durchbrüche und Engpässe in der „Langlebigkeits“-Technologie

Regenerative Medizin wird häufig zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt und gilt als wirksames Mittel zur Bekämpfung der Alterung. Aber warum wurde die Stammzellentherapie nicht klinisch gefördert und ist nicht Teil der traditionellen Behandlung geworden?

Erstens ist die Sicherheit ein großes Anliegen. Nach der Zellreinigung kann eine kleine Menge kontaminierender undifferenzierter Zellen zurückbleiben und zur Bildung von Teratomen führen.

Zweitens ist die allogene Abstoßung ein ungelöstes Problem. Die Mechanismen der Transplantatabstoßung, insbesondere die körpereigene Erkennung von Alloantigenen und die molekularen Mechanismen des chronischen Transplantatverlusts, sind noch nicht vollständig geklärt.

Drittens liegt der Hauptgrund darin, dass Stammzellen lebende Zellen sind. Ihre maßgeschneiderte Behandlung bedeutet, dass sie nicht wie herkömmliche Medikamente strengen klinischen Tests, standardisierten Prozessen und einer Massenproduktion unterzogen werden können. Dies ist ein großer Engpass, der derzeit in der Zelltherapie auftritt.

Der menschliche Körper ist ein organisches Ganzes, genau wie ein Auto. Nach jahrelangem Gebrauch treten an den verschiedenen Teilen eines brandneuen Autos nach und nach Probleme auf. Wenn es nicht rechtzeitig repariert und gewartet wird, verkürzt sich die Lebensdauer des Autos.

Jedes „Teil“ hat seine eigene Lebensdauer und altert zu unterschiedlichen Zeiten. Wenn menschliches Gewebe oder Organe vollständig regeneriert werden können, können wir dann Unsterblichkeit erreichen, indem wir beschädigte „Gewebeteile“ ersetzen, wie wir es mit einem Auto tun? Die Antwort ist wahrscheinlich nein.

Während einige Tiere, wie etwa Planarien und Hydras, theoretisch zu einem endlosen Regenerationszyklus fähig sind, würde bei den meisten die Gesundheit allmählich nachlassen und sie würden schließlich sterben. Im normalen menschlichen Körper verfügen die infundierten oder transplantierten Stammzellen über eine bemerkenswerte Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Differenzierung, die eine Schlüsselrolle beim Gleichgewicht und der Reparatur ihrer inneren Umgebung nach Gewebe- und Organschäden oder Umweltschäden spielt.

Allerdings ist die Wirkung einer Transplantation von Mensch zu Mensch unterschiedlich und auch die Beibehaltung von Eigenschaften und Funktion nach der Transplantation muss geklärt werden. Die Wirksamkeit der Zelltherapie wird durch den individuellen Zustand des Patienten beeinflusst, beispielsweise davon, ob die Therapie in den Körper des Patienten integriert werden kann und ob sie ihre volle Wirksamkeit behält und ob es während des Transplantationsprozesses zu einer Gewebeabstoßung kommt. Wenn die lokalen und zirkulierenden Faktoren, die das Gleichgewicht zwischen Selbsterneuerung und Differenzierung regulieren, verändert werden, sind die transplantierten Zellen möglicherweise nicht in der Lage, die Gewebehomöostase und -funktion aufrechtzuerhalten.

Darüber hinaus kann die Organregeneration nicht alle medizinischen Probleme lösen.

Angesichts der biologischen Variabilität der Zellen selbst übersteigt die Komplexität der Zelltherapie jede Vorstellungskraft. Für Patienten können Probleme auftreten, beispielsweise die unklare Ätiologie und die pathologischen Merkmale einiger Krankheiten, die komplexe Mikroumgebung des Läsionsbereichs und die unklaren Auswirkungen bestimmter Krankheitsprozesse auf die Zellsicherheit und -verteilung.

Daher ist die regenerative Medizin möglicherweise nicht in der Lage, alle Gesundheitsprobleme eines Patienten zu lösen. Dies bedeutet auch, dass nicht alle Probleme durch eine einzelne Zelltransplantation gelöst werden können. Außerdem muss es mit anderen Behandlungsmethoden kombiniert werden. Genau wie bei der Krebsbehandlung kann sie neben der chirurgischen Resektion auch mit Chemotherapie, Strahlentherapie, zielgerichteter Therapie, Immuntherapie usw. kombiniert werden. Nur durch Zusammenarbeit kann die Krankheit besiegt werden.

Allerdings arbeiten Wissenschaftler auch intensiv daran, Möglichkeiten zur Verbesserung zu finden. Sie können Gentechniktechnologien kombinieren, um Zellgene zu modifizieren und zu bearbeiten und so die Fähigkeit der Zellen zu verbessern, sie zur Gewebereparatur und Krankheitsbehandlung einzusetzen.

Abschließend müssen wir zugeben und hoffen, dass alle Leser bedenken, dass die regenerative Medizin nur eine von vielen Behandlungsmöglichkeiten für Krankheiten ist und nicht alle Krankheiten heilen kann. Wenn Sie auf einen Betrug stoßen, der behauptet, die Wirkung der regenerativen Medizin zu haben, halten Sie sich fern!

Herausgeber: Wang Tingting

Quellen:

[1]Die zellulären und molekularen Grundlagen der Planarienregeneration.

[2]Den Boden für die Geweberegeneration bereiten: vom Mechanismus zur Therapie.

[3] Stamm C, Westphal B, Kleine HD, et al. Autologe Knochenmarkstammzelltransplantation zur Myokardregeneration. [J]. Lancet, 2003, 361(9351):45-46.

[4] Die reversible Reprogrammierung von Kardiomyozyten in einen fetalen Zustand treibt die Herzregeneration bei Mäusen voran

[5] Zhou Q, Melton DA. Regeneration der Bauchspeicheldrüse. Natur. 2018