Studie untersucht, wie Makrophagen die regenerative Heilung bei Stachelmäusen regulieren

Ein Forscherteam der University of Kentucky und des Cincinnati Children’s Hospital befasst sich eingehender mit der Wissenschaft, die dahinter steckt, wie stachelige Mäuse verlorenes Gewebe regenerieren können. Sie nutzen das Gelernte, um die Regeneration bei anderen Mäusearten auszulösen – Fortschritte, die eines Tages möglicherweise auf den Menschen übertragen werden.

Während erwachsene Labormäuse Verletzungen mit Narbengewebe heilen, verfügen Stachelmäuse über die einzigartige Fähigkeit, verlorene Haut nachwachsen zu lassen und Muskel-Skelett-Gewebe in ihrem Körper zu regenerieren.

Ashley W. Seifert, Ph.D., außerordentlicher Professor am Fachbereich Biologie des UK College of Arts and Sciences, und seine Forschungsgruppe haben Pionierarbeit bei der Verwendung von Stachelmäusen und anderen Tiermodellen geleistet, um zu verstehen, wie sich komplexes Gewebe regenerieren kann. eine Brücke zwischen regenerativer Biologie und Medizin schlagen.

Im April 2023, Wissenschaftliche Fortschritte veröffentlichte eine Studie aus Seiferts Gruppe, die sich mit der zellulären Reaktion auf Verletzungen während der Gewebeheilung befasste. Die Arbeit zeigte, wie die ERK-Signalübertragung als Schlüsselschalter für den Ausgleich der Heilungsreaktion fungiert, und sie zeigte, dass die Verstärkung und Aufrechterhaltung dieser Art der Signalübertragung bei Labormäusen eine regenerative Reaktion anstelle einer Narbenbildung auslösen könnte.

Ihre neueste Studie, veröffentlicht In Entwicklungszelleliefert neue Erkenntnisse darüber, wie bestimmte Immunzellen auf Verletzungen reagieren und die Geweberegeneration steuern.

Das Wissenschaftlerteam untersuchte einen bestimmten Typ von Immunzellen, die sogenannten Makrophagen, die eine entscheidende Rolle bei der Regulierung der Entzündungsreaktion spielen, indem sie verletztes Gewebe gegen Krankheitserreger verteidigen und gleichzeitig die Gewebereparatur sowohl bei Stachelmäusen als auch bei Labormäusen fördern.

„In unserer Studie verwendeten wir ein Dual-Spezies-System, um Makrophagen-Phänotypen zwischen zwei Heilungsarten zu unterscheiden: Geweberegeneration oder Narbengewebebildung“, sagte Seifert. „Während immer noch unklar ist, inwieweit Makrophagen letztendlich unterschiedliche Heilungsverläufe steuern, haben wir subtile und deutliche Makrophagensignaturen beobachtet, die speziell auf die Regeneration abgestimmt sind.“

Anhand einer identischen Verletzung bei beiden Nagetierarten untersuchten die Forscher Signale, die von Makrophagen abgegeben werden, die mit benachbarten Zellen kommunizieren und ihnen sagen, dass sie alle fehlenden Gewebe wieder aufbauen sollen. Sie notierten auch die Eigenschaften oder Phänotypen der Zellen während dieser Prozesse.

„Unsere Studie zeigt, dass stachelige Mausmakrophagen bestimmte Proteine ​​freisetzen, die teilweise für die Neubildung von Spezialgewebe an der Verletzungsstelle und für den Schutz der Zellen vor Stress verantwortlich sind“, sagte Seifert. „Insgesamt deuten unsere Experimente darauf hin, dass Makrophagen eine Gewebemikroumgebung schaffen, die die Regeneration begünstigt.“

Forscher untersuchten und verglichen Makrophagen aus dem Knochenmark beider Mäusearten. Anschließend identifizierten sie mithilfe der RNA-Sequenzierung die Proteine, die diese Zellen absondern. (RNA oder Ribonukleinsäure ist ein Molekül, das genetische Anweisungen von der DNA zur Bildung von Proteinen überträgt.)

Forscher fanden heraus, dass die Makrophagen aus dem Knochenmark von sich aus unterschiedlich auf Interferon-Gamma reagierten, ein Protein, das von Zellen als Reaktion auf eine Infektion produziert wird, und auf Lipopolysaccharid, ein Molekül, das in einigen Bakterien vorkommt und das Immunsystem stimuliert.

„Als Reaktion auf Entzündungsreize setzen Makrophagen in Stachelmäusen einzigartige Kommunikationsproteine ​​frei, die das Wachstum neuer Blutgefäße, Lymphgefäße, entzündungshemmende Aktivitäten und den Wiederaufbau von Gewebe fördern und so positiv zur regenerativen Heilung beitragen“, sagte Seifert.

Das britische Team stellte fest, dass diese Zellen ihre Einzigartigkeit während der gesamten Bildung oder Regeneration von Narbengewebe bewahren. Wissenschaftler untersuchten Proben zu fünf verschiedenen Zeitpunkten während der Heilung, um den Zeitplan für die Arbeit der Makrophagen besser zu verstehen.

Eine Genanalyse zeigte den Forschern, welche Arten von Molekülen, die von den Zellen produziert werden, bei den einzelnen Mäusearten am aktivsten waren und mit welchen Funktionen diese am stärksten verbunden waren.

„Bei unserer Arbeit zur Beantwortung weiterer wissenschaftlicher Fragen zu Stachelmäusen haben wir herausgefunden, dass eine bestimmte Art von Protein – der vaskuläre endotheliale Wachstumsfaktor c oder VEGFC – auf einzigartige Weise von Makrophagen von Stachelmäusen während der Regeneration sezerniert wird“, sagte Seifert. „Es spielt auch eine multifunktionale Rolle und fördert das Wachstum neuer Blut- und Lymphgefäße.“

„Durch die spezifische Antikörperblockierung des VEGFC-Proteins in den Ohren von Stachelmäusen beobachteten wir bemerkenswerte Veränderungen bei der Bildung von Blutgefäßen, Lymphgefäßen und der Zellteilung. Dies führte auch zu einer Abnahme der Bildung neuer Haarfollikel und einer Zunahme von Entzündungen, was letztendlich zu einer Störung der … Prozess der Geweberegeneration“, sagte Ajoy Aloysius, Ph.D., Co-Erstautor der Studie und Postdoktorand in Biologie.

„Darüber hinaus spekulieren wir, dass eine verstärkte Sekretion von VEGFC und anderen Faktoren durch Makrophagen während der fibrotischen Wundheilung zu einem regenerativen Ergebnis bei der Gewebeheilung beitragen könnte. Allerdings sind weitere Experimente erforderlich, um diese Idee zu bestätigen.“

Die Studie legt letztendlich nahe, dass Makrophagen, die in bestimmten Geweben im ganzen Körper vorkommen, dabei helfen, das zelluläre Reparaturprogramm zu steuern und zu regulieren. Wichtig ist, dass die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Art des Makrophagen eine Rolle spielt, und legen nahe, dass eine Änderung der Art der Sekretion eines Makrophagentyps die Art und Weise beeinflussen könnte, wie sich das Gewebe selbst repariert.

„Diese Studie zielt darauf ab, das natürliche Potenzial des Körpers zur Regeneration nach einer traumatischen Verletzung freizusetzen“, sagte Jennifer Simkin, Ph.D., eine der Erstautorinnen der Studie und Assistenzprofessorin für orthopädische Chirurgie am Louisiana State University Health Sciences Center. „Zu diesem Zweck untersuchen wir Tiere, die nach einer Verletzung mehrere Gewebe (Haare, Knorpel, Muskeln und Haut) regenerieren können, um die zellulären und molekularen Signale zu finden, die für eine bessere Heilung erforderlich sind. Letztendlich hoffen wir, dass diese Erkenntnisse den Weg für neuartige Therapien zur Verbesserung ebnen.“ Wundheilung.“

Forscher sagen, dass weitere Studien erforderlich sind, um einige dieser zellulären Überlagerungen während des Regenerationsprozesses besser zu verstehen und zu definieren.