Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stammzellen lassen Geweihknochen wachsen

30.04.2008
Erstmals die Existenz von "Stammzell-Nischen" im wachsenden Geweihknochen nachgewiesen. UMG-Forscher veröffentlichen Ergebnisse im Online-Journal PLoS ONE.

Verlorene Körperteile vollständig oder zumindest teilweise ersetzen? Nur sehr wenige höhere Organismen haben in der Natur diese Fähigkeit. Säugetiere sind generell nicht in der Lage, Körperteile vollständig zu regenerieren. Die einzige Ausnahme findet sich bei der Regeneration des Geweihknochens der Hirsche (Cerviden).

In der aktuellen Ausgabe des Online-Journals Public Library of Science (PLoS) ONE (30. April 2008, http://www.plos.org/press/pone-03-04-rolf.pdf ) berichten Dr. Hans Joachim Rolf und seine Kollegen von der Abteilung Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie der Universitätsmedizin Göttingen gemeinsam mit Kooperationspartnern von der Universität Hildesheim über das Wachstum und die Regeneration des Geweihknochens mit Hilfe von im Geweihansatz (Rosenstock) vorhandenen Stammzellen. Die Göttinger Studien verstärken die Hypothese, dass dem Wachstum des primären Geweihknochens wie dem Prozess der jährlichen Geweihknochenregeneration eine periodische Aktivierung von Stammzellen/Vorläuferzellen zugrunde liegt. Das Verständnis der Mechanismen, die diesen einzigartigen Regenerationsprozess verursachen und regulieren, könnte einen wichtigen Beitrag im Rahmen des stark anwachsenden Forschungsgebietes der regenerativen Medizin leisten. Die Forschungsarbeiten werden seit etwa drei Jahren von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Das jährliche Erneuern der Geweihknochenstrukturen ist das einzige bekannte Beispiel im Tierreich, bei dem ein ausgewachsenes Säugetier einen Körperteil in einem relativ kurzen Zeitraum vollständig wiederherstellen kann. Aus diesem Grund ist der Geweihknochen ein höchst interessantes Studienobjekt für Wissenschaftler, die sich mit Fragen zur Regeneration von Geweben und Körperteilen beschäftigen. In diesem Zusammenhang werden seit längerem die Beteiligung von sogenannten Vorläuferzellen, die zum Beispiel durch "Umprogrammierung" von bereits differenzierten Zellen des Körpergewebes entstehen sollen, oder eine mögliche Aktivierung von im Gewebe "ruhenden" Stammzellen diskutiert.

Das Geweih der Hirsche sitzt auf knöchernen Stirnzapfen, die als 'Rosenstock' bezeichnet werden. In einem jährlichen Zyklus fallen die Geweihe des Vorjahres von der Stirn des Tieres ab (Geweihabwurf). An der Spitze der Stirnzapfen bleiben dabei offene Wunden zurück. Die Wundheilung und die Bildung der gleichzeitig entstehenden "Gewebeknospen", aus denen neuer Geweihknochen hervorgeht, vollziehen sich in bemerkenswerter Geschwindigkeit. Bei größeren Arten, wie beim Rothirsch (Cervus elaphus), entsteht neues Knochengewebe mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von etwa einen Zentimeter pro Tag.

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts erkannten Biologen und Geweihforscher: Mit der Aufklärung der Mechanismen, die für die jährliche Geweihregeneration verantwortlich sind, kann ein wertvoller Beitrag auf dem Gebiet der Regenerationsforschung geleistet werden. Die Forschungen am regenerierenden Geweihknochen können dazu beitragen, die Frage zu beantworten: Warum ist es für Säugetiere unmöglich, verlorene Gliedmaßen zu ersetzen? Erst in jüngster Zeit wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Geweihregeneration als sogenannter stammzell-basierter Prozess anzusehen sei.

Im Rahmen ihrer Forschungsprojekte zum Hirschgeweih hat nun die Göttinger Arbeitsgruppe um den Biologen Dr. Hans Joachim Rolf Stammzellen/Vorläuferzellen im 'Rosenstock' und im Gewebe des primären und regenerierenden Geweihknochens bei Damhirschen (Cervus dama) nachgewiesen. Damit konnten sie zum ersten Mal gesicherte Erkenntnisse präsentieren, die auf die Existenz von sogenannten "Stammzell-Nischen" im 'Rosenstock' und im wachsenden Geweihknochen von Hirschen hindeuten. Die Göttinger Wissenschaftler haben im Geweihknochen gezielt nach Zellen gesucht, die sich mit bekannten Oberflächen-Markern für Stammzellen/Vorläuferzellen markieren lassen. Solche Zellen wurden zunächst im Knochengewebe lokalisiert, anschließend mit modernen Methoden isoliert und dann unter verschiedenen Laborbedingungen weitergezüchtet. Die Wachstums- und Differenzierungseigenschaften dieser Zellkulturen wurden dann eingehend untersucht.

Eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie ist der Nachweis von STRO-1+ Zellen in unterschiedlichen Bereichen des Knochengewebes im 'Rosenstock', primären und regenerierenden Geweih von Damhirschen. Zellen, die sich mit dem Oberflächenmarker STRO-1 markieren lassen, werden nach aktuellem Wissensstand als sogenannte "multipotente" Vorläuferzellen angesehen, aus denen verschiedenste Zelltypen entstehen können. Die von Dr. Rolf und seinen Kollegen beschriebenen Experimente untermauern die Hypothese, dass es sich bei der jährlichen Geweihregeneration insgesamt um einen stammzell-basierten Regenerationsprozess handeln muss. Allem Anschein nach liegt die Ursache für die besonderen Fähigkeiten des Geweihknochengewebes im höchst komplizierten Zusammenwirken verschiedener Zelltypen. Dabei sind offensichtlich Stammzellen/Vorläuferzellen erheblich an der Geweihregeneration beteiligt.

Zudem bestätigen die vorgelegten Ergebnisse die Vermutung, dass die jährliche Regeneration des Geweihknochens mit einer Vermehrung von Stammzellen/Vorläuferzellen beginnt und diese an der Geweihbasis in der Knochenhaut (periost) des 'Rosenstocks' angesiedelt sind. In neueren wissenschaftlichen Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Stammzell-Populationen im Körper in sogenannten "Nischen" existieren, das sind spezielle Bereiche in den Körpergeweben, die bei Bedarf für notwendige Geweberegenerationen aktiviert werden können.

Die Göttinger Wissenschaftler nehmen deshalb an, dass auch bei Hirschen so eine "Stammzell-Nische" in der Knochenhaut des Stirnzapfens vorhanden ist und dass die jährliche Regeneration des Geweihs von einer periodischen Aktivierung dieser Stammzel-len/Vorläuferzellen abhängt.

FAZIT
Die Arbeitsgruppe um Dr. Hans Joachim Rolf hat nun zum ersten Mal nachgewiesen, dass im Rosenstock und im Geweihknochen von Hirschen Stammzellen/Vorläuferzellen vorhanden sind. Ihre Experimente haben gezeigt, dass die mit verschiedenen Stammzell-Markern selektierten Zellen im Labor getrennt kultiviert werden können. Diese Vorläufer-Zellkulturen sind in der Lage, sich zu reifen Knochenzellen und sogar zu Fettzellen weiter zu entwickeln.

Die Ergebnisse der vorgestellten Studie zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen bei einem erwachsenen Säugetier neben einer begrenzten Geweberegeneration auch die Regeneration einer kompletten Organstruktur auf der Basis eines stammzell-basierten Prozesses möglich sein kann. Aus diesem Grund ist das Geweih der Hirsche nicht nur für Veterinärmediziner und Hirschforscher, sondern auch für Stammzell-Forscher, Zellbiologen und Wissenschaftler in der medizinischen Forschung ein höchst interessantes Modell für die Grundlagenforschung im Bereich der Regeneration.

WEITERE INFORMATIONEN:
Universitätsmedizin Göttingen, Georg-August-Universität
Abt. Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie
Dr. Hans Joachim Rolf
Tel.: 0551 / 39-2835 oder -8379; Fax: 0551 / 39-12653
Robert-Koch-Str. 40, 37075 Göttingen
hrolf@uni-goettingen.de

Stefan Weller | Uni Göttingen
Weitere Informationen:
http://www.universitaetsmedizin-goettingen.de

Weitere Berichte zu: Gewebe Geweihregeneration Stammzelle Säugetier Vorläuferzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien
19.09.2017 | Technische Universität Berlin

nachricht Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden
19.09.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie