Geweberegeneration und -reparatur

Wie Organismen verlorene und beschädigte Gewebe nachwachsen oder wiederherstellen, wobei Entwicklungsprogramme in unterschiedlichem Maße artenübergreifend wiederverwendet werden.

Definition

Geweberegeneration ist das Nachwachsen oder der funktionelle Ersatz verlorener oder beschädigter Zellen, Gewebe oder Anhänge; Reparatur ist die umfassendere Wiederherstellung der Gewebeintegrität nach einer Verletzung, die die ursprüngliche Struktur regenerieren oder einen Ersatz wie eine Narbe bilden kann.

Scope

Dieses Thema behandelt die Biologie der Regeneration: den Kontrast zwischen epimorpher Regeneration (Wiederherstellung einer Struktur, wie bei Amphibien-Gliedmaßen) und Gewebeerhaltung durch residente Stammzellen, die Bildung und Rolle des Blastems, die Reaktivierung der Entwicklungssignalgebung und warum die Regenerationsfähigkeit bei Tieren so stark variiert. Reparaturprozesse wie die Wundheilung werden als verwandte Reaktionen behandelt.

Core questions

• Wie wachsen Organismen verlorene Strukturen wie Gliedmaßen oder Organe nach?
• Was ist ein Blastem und wie baut es ein fehlendes Teil wieder auf?
• Warum können einige Arten umfassend regenerieren, während andere hauptsächlich Narben bilden?
• Wie werden Entwicklungsprogramme während der Regeneration reaktiviert?

Key concepts

• Epimorphe Regeneration
• Das Blastem
• Gewebeerhaltung durch residente Stammzellen
• Reaktivierung der Entwicklungssignalgebung
• Variation der Regenerationsfähigkeit

Key theories

Regeneration als wiederverwendete Entwicklung

Die Regeneration nutzt weitgehend die zellulären Programme der embryonalen Entwicklung – Proliferation, Musterbildung und Differenzierung – wieder, sodass der Wiederaufbau einer verlorenen Struktur Aspekte ihrer ursprünglichen Entstehung rekapituliert.

Mechanisms

Nach einer Verletzung kann die Regeneration auf verschiedenen Wegen erfolgen. Bei der epimorphen Regeneration, wie sie beim Nachwachsen von Amphibien-Gliedmaßen zu beobachten ist, dedifferenzieren Zellen an der Wunde oder werden mobilisiert, um ein Blastem zu bilden, eine Masse proliferierender Vorläuferzellen, die die Positionsinformationen wiederherstellt und die fehlende Struktur durch Musterbildung und Differenzierung neu aufbaut. In Geweben mit hohem Umsatz ersetzen residente Stammzellen kontinuierlich verlorene Zellen. Die Regeneration reaktiviert Entwicklungssignalwege, um Muster und Identität wiederherzustellen. Arten unterscheiden sich erheblich in ihrer Regenerationsfähigkeit, von hochregenerativen Tieren, die ganze Körperteile nachwachsen lassen, bis zu solchen, deren Reparatur häufiger Narbengewebe als die ursprüngliche Struktur hervorbringt.

Clinical relevance

Das Verständnis, wie einige Tiere Organe regenerieren, motiviert die regenerative Medizin und das Tissue Engineering, die darauf abzielen, die menschliche Reparatur zu verbessern, bei der die meisten Verletzungen durch Narbenbildung heilen. Dieser Eintrag dient Bildungszwecken und bietet keine medizinische oder Behandlungsanleitung.

History

Die Regeneration fasziniert Biologen seit den Beobachtungen von Amphibien, die im achtzehnten Jahrhundert Gliedmaßen nachwachsen ließen; klassische Experimente an regenerierenden Tieren trugen dazu bei, Konzepte der Positionsinformation zu definieren, die später die Entwicklungsbiologie breiter beeinflussten.

Key figures

• Thomas Hunt Morgan
• Lazzaro Spallanzani

Seminal works

• gilbert2016
• wolpert2015

Frequently asked questions

Was ist ein Blastem?

Es ist eine Masse proliferierender Vorläuferzellen, die sich an der Amputationsstelle bei regenerierenden Tieren bildet und die fehlende Struktur wieder aufbaut.

Warum können Menschen keine verlorenen Gliedmaßen nachwachsen lassen?

Menschliche Gewebe haben eine begrenzte Fähigkeit, die für ein vollständiges Nachwachsen erforderlichen Entwicklungsprogramme zu reaktivieren, sodass größere Verletzungen in der Regel durch Narbenbildung heilen, anstatt die ursprüngliche Struktur zu regenerieren.