Strukturelle Regeneration

Warum regenerieren nur wenige Arten ihre Gliedmaßen? Wie stellen diese Tiere eine verlorene Gliedmaße wieder her? Was ist bei Säugetieren anders?

Wir konzentrieren uns auf die Charakterisierung von Zelltypen der Gliedmaßen, indem wir einen vergleichenden Ansatz zwischen regenerationsfähigen Kaulquappen und regenerationsunfähigen Mäusen verfolgen. Wir kombinieren traditionelle entwicklungsbiologische Ansätze mit innovativen bildgebenden Verfahren und Einzelzell-Multiomics-Methoden. Um Mechanismen aufzudecken, die in vivo nicht untersucht werden können, entwickeln wir ex vivo und in vitro Systeme, die die Untersuchung der komplexen Regeneration von Gliedmaßen vereinfachen.

Wir möchten verstehen, wie zelluläre Verhaltensweisen die Regeneration von Gliedmaßen und Schwanz steuern, welche Wechselwirkungen zwischen den Zelltypen für diese Prozesse entscheidend sind und was bei Säugetieren, die nicht zur Regeneration von Gliedmaßen fähig sind, anders abläuft. Unsere Forschung zielt in erster Linie darauf ab, grundlegende Fragen zu beantworten, die in Zukunft die Regeneration menschlicher Gliedmaßen ermöglichen könnten.

Unsere Methodik

Da die Regeneration menschlicher Gliedmaßen eine Herausforderung darstellt, benötigen wir ein umfassendes und vielfältiges Instrumentarium, um die Regeneration von Gliedmaßen zu untersuchen.

Wir untersuchen die Regeneration von Gliedmaßen und Schwanz bei regenerationsfähigen Kaulquappen (Xenopus laevis) und regenerationsunfähigen Mäusen (Mus musculus). Wir nutzen modernste Sequenzierungs- und Bildgebungstechnologien und stimmen deren Einsatz mit traditionellen Ansätzen der Entwicklungsbiologie ab.

Nicht jede Frage lässt sich durch die Untersuchung ganzer Tiere leicht beantworten. Deshalb entwickeln und verwenden wir vereinfachte Kultursysteme, um Gliedmaßen in einer Schale wachsen zu lassen, ohne dass Tierkörper benötigt werden. So können wir viele Experimente in einer noch nie dagewesenen Geschwindigkeit durchführen und neue Erkenntnisse über die Regeneration von Gliedmaßen gewinnen.

Warum Kaulquappen?

Kaulquappen sind das Larvenstadium von Fröschen und bieten mehrere einzigartige Vorteile, um die Geheimnisse der Regeneration zu entschlüsseln. Erstens sind sie die einzigen häufig verwendeten Labortiere, die ihre Gliedmaßen entwickeln und eine Gliedmaßenregeneration durchführen, die der von Säugetieren sehr ähnlich ist. Daher lassen sich unsere Erkenntnisse bei Kaulquappen eher auf Säugetiere übertragen. Zweitens verlieren Kaulquappen im Laufe ihrer Entwicklung zunehmend ihre Fähigkeit, Gliedmaßen zu regenerieren, sodass wir regenerationsfähige und regenerationsunfähige Stadien desselben Tieres vergleichen können, um potenzielle Veränderungen zu identifizieren, die zu einem Regenerationsversagen führen.

In Kombination mit modernsten Einzelzell-Omik- und Bildgebungsverfahren wollen wir mit unseren neuen, viele neue Perspektiven eröffnenden Modellen grundlegende Fragen beantworten, die in Zukunft die Regeneration menschlicher Gliedmaßen ermöglichen könnten.