Wundheilung: eine Frage der Selbstorganisation

Das Zellwachstum ist ein kollektiver, selbstorganisierter Prozess, bei dem sich Zellen immer wieder teilen und wandern, bis die Wunde überwachsen ist. Eine internationale Forschergruppe mit Jülicher Beteiligung hat eine Erklärung gefunden, wie sich Zellen mit einem einfachen mechanischen Prinzip orientieren beziehungsweise koordinieren können.

Die Forscher, zu dem der Biophysiker Dr. Jens Elgeti vom Bereich Theorie der Weichen Materie und Biophysik (ICS-2 / IAS-2) gehört, konnten mit Hilfe von Computersimulationen Ergebnisse einer anderen Wissenschaftlergruppe erklären und erfolgreich am Rechner reproduzieren.

Die andere Forschergruppe hatte bei Experimenten zum Wachstumsprozess von Zellen überraschend festgestellt, dass Zellkolonien dabei nicht unter Druck, sondern unter Spannung stehen. Eigentlich hätte man erwarten können, dass Zellen bei der Teilung ihre Nachbarn einfach nur wegdrücken und so das ganze Gewebe unter Druck steht. Tatsächlich ist es eher wie beim Tauziehen. Die Zellen ziehen in eine Richtung – und zwar sowohl die Zellen vorne in den ersten Reihen einer Schicht als auch die ganz hinten. So entsteht eine Spannung.
Jens Elgeti und seine Kollegen hatten sich daraufhin gefragt: Woher wissen Zellen, die nicht in vorderster Reihe stehen, in welche Richtung sie ziehen sollen? Ihre Antwort ist eine rein mechanische Erklärung. „Es ist etwa so, als ob man sich blind durch eine Menge von anderen Blinden bewegt. Man stößt gegen etwas und ändert dann die Richtung. Irgendwann laufen dann alle in eine Richtung – selbst organisiert, ohne dass irgendein Signal, etwa ein chemischer Botenstoff, allen Zellen vorher gesagt hat, dass es genau diese Richtung werden soll“, erklärt der Jülicher Forscher.

Die Ergebnisse könnten für die Wundheilung interessant werden. Denn die Experimente, die das Forscherteam um Jens Elgeti am Rechner reproduzierte, gelten als Modellsysteme für Wundheilung. Es sind aber noch einige Fragen zu klären. Die Wissenschaftler vermuten, dass sich die Zellen bei der Wundheilung durch die Spannung schneller teilen und – was entscheidender sein könnte – die Spannung der neuen Gewebeschicht das darunter liegende Gewebe wie ein Heftpflaster zusammenhält.

Originalveröffentlichung:
Alignment of cellular motility forces with tissue flow as a mechanism for efficient wound healing.
Markus Basan, Jens Elgeti, Edouard Hannezo, Wouter-Jan Rappel, Herbert Levine.
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 2013, Vol. 110 Nr. 7, http://www.pnas.org/content/110/7/2452

Informationen zum Institute of Complex Systems, Bereich Theorie der Weichen Materie und Biophysik (ICS-2 / IAS-2):

http://www.fz-juelich.de/ics/ics-2/