Wetenschappers laten poot van kikker terug aangroeien

Wetenschappers zijn erin geslaagd om een poot van een kikker bijna volledig te laten teruggroeien met een cocktail van vijf geneesmiddelen. Ze hopen dat de techniek op termijn ook voor zoogdieren en misschien wel de mens kan werken.

Miljoenen patiënten die een ledemaat hebben verloren kunnen alleen maar dromen van regeneratie, wat enkel mogelijk is bij enkele diersoorten zoals salamanders, hagedissen en zeesterren. Maar een experiment door de Universiteiten van Harvard en Tufts brengen daar mogelijk verandering in.

Bij volwassen kikkers, die van nature niet in staat zijn om ledematen te regenereren, slaagden de onderzoekers er in om een verloren poot weer aan te doen groeien. Dit gebeurde met behulp van een cocktail van vijf medicijnen die op de stomp werden aangebracht in een siliconen bioreactor. De korte behandeling – zo’n 24 uur – zette een regeneratieperiode van anderhalf jaar in gang, die een nieuwe, functionerende poot deed aangroeien.

Lever

Veel levende wezens hebben het vermogen om te regenereren. Platwormen kunnen zelfs in stukken worden gesneden, waarbij elk stuk een heel nieuw organisme reconstrueert. De mens is in staat wonden te helen met nieuwe weefselgroei, en onze lever heeft een opmerkelijk, bijna platwormachtig vermogen om na een verlies van 50 procent te herstellen tot volledige grootte.

Maar het verlies van hele en structureel complexe armen of benen kan niet worden hersteld door een natuurlijk proces van regeneratie bij mensen of zoogdieren. Dergelijke grote verwondingen worden bedekt met een vormeloze massa littekenweefsel, waardoor ze worden beschermd tegen verder bloedverlies en infectie, maar ook verdere groei wordt voorkomen.

Klauwkikkers

De onderzoekers brachten het regeneratieve proces in klauwkikkers op gang door de wond in een zogenaamde BioDome te plaatsen – een siliconen dop met daarin een eiwitgel met een mix van vijf geneesmiddelen.

Elk medicijn had een ander doel, zoals de onderdrukking van ontstekingen, remming van de vorming van littekenweefsel, en stimulatie van de groei van zenuwweefsel, bloedvaten en spieren. Daardoor kantelde het evenwicht van de natuurlijke neiging tot het afdekken van de wond in de richting van een regeneratief proces.

De onderzoekers stelden een indrukwekkende groei van weefsel vast in veel van de behandelde kikkers, waardoor een bijna volledig functionele poot ontstond. De nieuwe ledematen hadden een botstructuur vergelijkbaar met de botstructuur van een natuurlijke ledemaat, een rijkere aanvulling van interne weefsels, inclusief neuronen. Verschillende tenen groeiden vanaf het uiteinde van de ledemaat, maar zonder onderliggend bot.

De kikkers konden de nieuwe ledemaat bewegen en reageerden op stimuli zoals een aanraking. Ze konden de poot ook gebruiken om te zwemmen, net zoals een normale kikker zou doen.

‘Het is opwindend om te zien dat de medicijnen die we hebben geselecteerd, hielpen om een ??bijna volledige ledemaat te creëren’, zegt Nirosha Murugan, onderzoeker aan de Tufts Universiteit. ‘Dat er maar een korte blootstelling aan de medicijnen nodig was om een ??regeneratieproces van maanden op gang te brengen, toont aan dat kikkers en misschien ook andere diersoorten slapende regeneratieve vermogens hebben, die geactiveerd kunnen worden.”

Vruchtwater

Dieren die van nature in staat zijn tot regeneratie leven meestal in een aquatische omgeving, en de eerste groeifase na verlies van een ledemaat is de vorming van een massa stamcellen op de stomp. Die worden gebruikt om het verloren lichaamsdeel geleidelijk te reconstrueren. De wond wordt binnen de eerste 24 uur na het letsel snel bedekt door huidcellen, waardoor het reconstruerende weefsel eronder wordt beschermd.

‘Bij zoogdieren worden verwondingen meestal blootgesteld aan lucht of maken contact met de grond, en het kan dagen tot weken duren om littekenweefsel te sluiten”, zegt hoogleraar Ingenieurskunde David Kaplan, die meewerkte aan de studie. ‘Het gebruik van de BioDome-dop in de eerste 24 uur helpt bij het nabootsen van een vruchtwaterachtige omgeving die, samen met de juiste medicijnen, het wederopbouwproces mogelijk maakt zonder de tussenkomst van littekenweefsel.’

Volgende stappen

De wetenschappers hopen nu dat ze in eerste instantie de cocktail verder kunnen verfijnen om tot volledig functionerende ledematen te komen, met normale vingers en een volledig skelet.

‘Vervolgens willen we testen hoe de behandeling kan toegepast worden op zoogdieren”, zegt Michael Levin, medeauteur van de studie in Science Advances. ‘Het afdekken van de open wond met de juiste medicijnencocktail onder de BioDome, zou de nodige eerste signalen kunnen geven om het regeneratieve proces in gang te zetten. De strategie is gericht op het activeren van slapende, anatomische groeipatronen, eerder dan op het micromanagen van complexe groei. Volwassen dieren beschikken nog steeds over de informatie die nodig is om hun lichaamsstructuren te maken’