Der Regenerationsprozess
Herkunft des Regenerationsmaterials
Nach der Amputation entwickelt ein zur Regeneration fähiger Anhang ein Blastem aus Geweben im Stumpf direkt hinter dem Amputationsgrad (siehe Foto). Diese Gewebe unterliegen drastischen Veränderungen. Ihre Zellen, die einmal auf Muskeln, Knochen oder Knorpel spezialisiert waren, verlieren die Eigenschaften, anhand derer sie normalerweise identifiziert werden (Dedifferenzierung). Dann wandern sie in Richtung der Wundepidermis und sammeln sich unter dieser an. Sie bilden eine abgerundete Knospe (Blastema), die sich aus dem Stumpf herauswölbt. Zellen, die der Knospenspitze am nächsten liegen, vermehren sich weiter, während sich Zellen, die den alten Geweben des Stumpfes am nächsten liegen, je nach ihrer Position in Muskeln oder Knorpel differenzieren. Die Entwicklung wird fortgesetzt, bis die endgültigen Strukturen an der Spitze des regenerierten Anhangs differenziert sind und alle proliferierenden Zellen in diesem Prozess verbraucht sind.
menschliche Krankheit: Reparatur und Regeneration
Durch das Ersetzen beschädigter oder zerstörter Zellen durch gesunde neue Zellen arbeiten die Reparatur- und Regenerationsprozesse daran, die eines Individuums wiederherzustellen
Die Blastemzellen scheinen sich in die gleiche Art von Zellen wie zuvor oder in eng verwandte Typen zu differenzieren. Zellen können unter bestimmten Bedingungen möglicherweise ihre Rolle ändern, tun dies aber anscheinend selten. Wenn ein Extremitätenblastem auf den Rücken desselben Tieres transplantiert wird, kann es seine Entwicklung zu einem Extremitäten fortsetzen. In ähnlicher Weise wird ein an anderer Stelle des Körpers transplantiertes Schwanzblastem zu einem Schwanz. Somit scheinen die Zellen eines Blastems den unauslöschlichen Stempel des Anhangs zu tragen, aus dem sie hergestellt wurden und zu dem sie sich entwickeln sollen. Wenn jedoch ein Schwanzblastem in den Stumpf eines Gliedes transplantiert wird, setzt sich die regenerierende Struktur aus den beiden Gliedmaßen zusammen.
Polaritäts- und Gradiententheorie
Jedes Lebewesen weist eine Polarität auf. Ein Beispiel hierfür ist die Unterscheidung eines Organismus in einen Kopf- oder Vorderteil und einen Schwanz- oder Hinterteil. Regenerierende Teile sind keine Ausnahme; Sie weisen Polarität auf, indem sie immer in distaler Richtung wachsen (vom Hauptteil des Körpers weg). Bei den unteren Wirbellosen ist die Unterscheidung zwischen proximal (nahe oder in Richtung des Körpers) und distal jedoch nicht immer eindeutig. Es ist beispielsweise nicht schwierig, die Polarität von „Stängeln“ in kolonialen Hydroiden umzukehren. Normalerweise wächst an einem Stück des Stiels ein Kopfende oder ein Hydrant an seinem freien oder distalen Ende. Wenn dies jedoch abgebunden ist, regeneriert es einen Hydranten am Ende, der ursprünglich proximal war. Die Polarität in diesem System wird offensichtlich durch einen Aktivitätsgradienten so bestimmt, dass sich ein Hydrant überall dort regeneriert, wo die Stoffwechselrate am höchsten ist. Sobald sich ein Hydrant entwickelt hat, hemmt er die Produktion von anderen in seiner Nähe, indem er eine hemmende Substanz entlang des Stiels nach unten diffundiert.
Wenn planare Plattwürmer in zwei Hälften geschnitten werden, wächst jedes Stück an dem fehlenden Ende nach. Zellen in im Wesentlichen identischen Bereichen des Körpers, in denen der Schnitt vorgenommen wurde, bilden Blasteme, die in einem Fall einen Kopf und in dem anderen einen Schwanz bilden. Was jedes Blastem regeneriert, hängt ganz davon ab, ob es sich um ein Vorderteil oder ein Hinterstück eines Plattwurms handelt: Der wahre Unterschied zwischen den beiden Teilen kann durch metabolische Unterschiede festgestellt werden. Wenn ein Querstück eines Plattwurms sehr dünn geschnitten wird - zu schmal, um einen effektiven Stoffwechselgradienten aufzubauen -, kann es zwei Köpfe regenerieren, einen an beiden Enden. Wenn die Stoffwechselaktivität am vorderen Ende eines Plattwurms durch Exposition gegenüber bestimmten Arzneimitteln künstlich verringert wird, kann das frühere hintere Ende des Wurms einen Kopf entwickeln.
Die Regeneration der Gliedmaßen stellt ein anderes Problem dar als die der gesamten Organismen. Die Flosse eines Fisches und das Glied eines Salamanders haben proximale und distale Enden. Durch verschiedene Manipulationen ist es jedoch möglich, sie in proximaler Richtung regenerieren zu lassen. Wenn ein quadratisches Loch in die Flosse eines Fisches geschnitten wird, erfolgt die Regeneration erwartungsgemäß am inneren Rand, kann aber auch am distalen Rand erfolgen. Im letzteren Fall ist die regenerierende Flosse tatsächlich eine distale Struktur, außer dass sie zufällig in proximaler Richtung wächst.
Amphibienglieder reagieren ähnlich. Es ist möglich, die Hand eines Molches auf die nahegelegene Körperwand zu transplantieren und, sobald ein ausreichender Blutfluss hergestellt wurde, den Arm zwischen Schulter und Ellbogen zu durchtrennen. Dadurch entstehen zwei Stümpfe, ein kurzer, der aus einem Teil des Oberarms besteht, und ein längerer, der aus dem Rest des Arms besteht, der von der Seite des Tieres in die falsche Richtung ragt. Beide Stümpfe regenerieren dasselbe, nämlich alles, was normalerweise distal zum Amputationsniveau liegt, unabhängig davon, in welche Richtung der Stumpf zeigte. Der umgekehrte Arm regeneriert daher ein Spiegelbild von sich.
Wenn sich eine Struktur regeneriert, kann sie natürlich nur Teile produzieren, die normalerweise distal zum Amputationsgrad liegen. Die teilnehmenden Zellen enthalten Informationen, die benötigt werden, um alles „stromabwärts“ zu entwickeln, können jedoch niemals zu proximaleren Strukturen werden. Die Regeneration erfolgt ebenso wie die Embryonalentwicklung in einer bestimmten Reihenfolge.
